Rakennusmateriaalien lämmönjohtavuuden määrittämisen ominaisuudet. Lämmönjohtavuuden mittaus. Lämmönjohtavuusanturit Ohutkalvosillan lämpötila-anturit

LIITTOVALTAINEN TEKNISEN SÄÄNNÖN JA METROLOGIAN VIRASTO

KANSALLINEN

STANDARDI

VENÄJÄN KIELI

LIITOT

KOMPOSIITTIT

Virallinen painos

Stshdfttftsm

GOST R 57967-2017

Esipuhe

1 VALMISTAJA liittovaltion yhtenäinen yritys "All-Russian Research Institute of Aviation Materials" yhdessä autonomisen ei-kaupallisen järjestön "Komposiittien standardointi-, standardointi- ja luokittelukeskus" kanssa, johon osallistuu oikeushenkilöiden yhdistys "Union of Composites" Valmistajat" standardin kohdassa 4 määritellyn englanninkielisen version virallisen venäjänkielisen käännöksen perusteella, jonka toteuttaa TC 497

2 KÄYTTÖÖNOTTO Tekninen standardointikomitea TK 497 "Komposiitit, rakenteet ja tuotteet niistä"

3 HYVÄKSYTTY JA SAATTU VOIMAAN liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian viraston määräyksellä nro 1785, päivätty 21. marraskuuta 2017

4 Tämä standardi on muutettu ASTM E1225-13:sta "Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids using the Guard ed-Comparative -Longitudinal Heat Flow Technique", MOD) muuttamalla sen rakennetta vastaamaan GOST 1.5:ssä vahvistettuja sääntöjä. -2001 (alakohdat 4.2 ja 4.3).

Tämä standardi ei sisällä sovellettavan ASTM-standardin kohtia 5. 12. 1.2, 1.3. joita on epäkäytännöllinen soveltaa Venäjän kansallisessa standardoinnissa niiden redundanssin vuoksi.

Määritellyt lausekkeet ja alalausekkeet, jotka eivät sisälly tämän standardin pääosaan, on esitetty lisäliitteessä KYLLÄ.

Tämän standardin nimi on muutettu määritellyn ASTM-standardin nimestä, jotta se vastaa GOST R 1.5-2012:ta (alakohta 3.5).

Tämän standardin rakenteen vertailu määritellyn ASTM-standardin rakenteeseen on esitetty lisäliitteessä DB.

Tietoja viitatun kansallisen standardin yhteensopivuudesta ASTM-standardin kanssa. käytetään viitteenä sovelletussa ASTM-standardissa. on esitetty lisäliitteessä DV

5 ENSIMMÄISTÄ ​​KERTAA

Tämän standardin soveltamista koskevat säännöt on vahvistettu 29. kesäkuuta 2015 annetun liittovaltion lain N9 162-FZ "Standardoinnista Venäjän federaatiossa" 26 artiklassa. Tiedot tämän standardin muutoksista julkaistaan ​​vuosittaisessa (kuluvan vuoden tammikuun 1. päivästä) "Kansalliset standardit" -tietohakemistossa, ja muutosten virallinen teksti ja puolet lehdistöstä julkaistaan ​​kuukausittaisessa tietohakemistossa "Kansallinen Standardit". Jos tätä standardia tarkistetaan (korvataan) tai mitätöidään, vastaava ilmoitus julkaistaan ​​Kuukausitietoindeksin "Kansalliset standardit" seuraavassa numerossa. Merkityksellinen informaatio. ilmoitus ja tekstit julkaistaan ​​myös julkisessa tietojärjestelmässä - liittovaltion teknisen määräyksen ja metrologian viraston virallisella verkkosivustolla Internetissä ()

© Stamdartinform. 2017

Tätä standardia ei saa kopioida kokonaan tai osittain, monistaa eikä levittää virallisena julkaisuna ilman liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian viraston lupaa.

GOST R 57967-2017

1 käyttöalue................................................ ....................yksi

3 Termit, määritelmät ja symbolit ................................................ .......yksi

4 Menetelmän ydin ................................................ ............................... 2

5 Laitteet ja materiaalit .................................................. ..............4

6 Testaukseen valmistautuminen ................................................ . ......yksitoista

7 Testaus ................................................... . ..............12

8 Testitulosten käsittely .................................................. .......kolmetoista

9 Testiraportti ................................................ ..................kolmetoista

Liite KYLLÄ (informatiivinen) Mukaan kuulumattomien rakenneosien alkuperäinen teksti

sovellettu ASTM-standardia ................................................... 15

Liite DB (informatiivinen) Tämän standardin rakenteen vertailu rakenteeseen

Siinä sovellettu ASTM-standardi ................................................ 18

Liite DV (viite) Tiedot kansallisen vertailustandardin yhteensopivuudesta ASTM-standardin kanssa. käytetty viitteenä sovelletussa ASTM-standardissa ................................................ .............. yhdeksäntoista

GOST R 57967-2017

VENÄJÄN FEDERAATIOIN KANSALLINEN STANDARDI

KOMPOSIITTIT

Kiinteiden aineiden lämmönjohtavuuden määritys kiinteän yksiulotteisen lämpövuon menetelmällä suojalämmittimellä

Komposiitit. SoHd:iden lämmönjohtavuuden määrittäminen kiinteällä yksiulotteisella lämpövirralla

suojalämmitintekniikalla

Esittelypäivä - 2018-06-01

1 käyttöalue

1.1 Tämä standardi määrittelee homogeenisten läpinäkymättömien kiinteiden polymeerien, keraamisten ja metallikomposiittien lämmönjohtavuuden määrittämisen kiinteän yksiulotteisen lämpövuon menetelmällä suojalämmittimellä.

1.2 Tämä standardi on tarkoitettu käytettäväksi sellaisten materiaalien testaamiseen, joiden vaikuttava lämmönjohtavuus on alueella 0,2 - 200 W / (m-K) lämpötila-alueella 90 K - 1300 K.

1.3 Tätä standardia voidaan soveltaa myös testattaessa materiaaleja, joiden tehokas lämmönjohtavuus on määriteltyjen rajojen ulkopuolella pienemmällä tarkkuudella.

2 Normatiiviset viittaukset

Tässä standardissa käytetään normatiivisia viittauksia seuraaviin standardeihin:

GOST 2769 Pinnan karheus. Parametrit ja ominaisuudet

GOST R 8.585 Valtion järjestelmä mittausten yhtenäisyyden varmistamiseksi. Termoparit. Nimelliset staattiset muunnosominaisuudet

Huomautus - Tätä standardia käytettäessä on suositeltavaa tarkistaa vertailustandardien pätevyys julkisessa tietojärjestelmässä - liittovaltion teknisen määräyksen ja metrologian viraston virallisella verkkosivustolla Internetissä tai vuosittaisen tietohakemiston "Kansalliset standardit" mukaan. ", joka julkaistiin kuluvan vuoden tammikuun 1. päivästä, ja kuluvan vuoden kuukausitietoindeksin "Kansalliset standardit" numeroista. Jos viittausstandardi, johon päivätty viittaus on annettu, on korvattu, on suositeltavaa käyttää kyseisen standardin nykyistä versiota, mikäli siihen tehdään muutoksia. Jos viitattu standardi, johon päivätty viittaus on annettu, korvataan, on suositeltavaa käyttää kyseisen standardin versiota, jolla on yllä oleva hyväksymisvuosi (hyväksyminen). Jos tämän standardin hyväksymisen jälkeen viitestandardiin, johon päivätty viittaus on annettu, tehdään muutos, joka vaikuttaa siihen säännökseen, johon viitataan, suositellaan tämän säännöksen soveltamista ottamatta huomioon tätä muutosta. Jos viitestandardi peruutetaan ilman korvausta, suositellaan säännöstä, jossa siihen viitataan, soveltamaan siinä osassa, joka ei vaikuta tähän viittaukseen.

3 Termit, määritelmät ja symbolit

3.1 Tässä standardissa käytetään seuraavia termejä vastaavien määritelmien kanssa:

3.1.1 Lämmönjohtavuus / .. W / (m K): Lämpövuon tiheyden suhde kiinteissä olosuhteissa pinta-alayksikön läpi lämpötilagradientin yksikköön pintaa vastaan ​​kohtisuorassa suunnassa.

Virallinen painos

GOST R 57967-2017

3.1.2 näennäinen lämmönjohtavuus: Muiden materiaalin läpi tapahtuvien lämmönsiirtomenetelmien läsnä ollessa lämmönjohtavuuden lisäksi tämän testimenetelmän mukaisesti suoritettujen mittausten tulokset *. edustavat näennäistä tai tehollista lämmönjohtavuutta.

Tämän standardin 3.2 8 kohdassa käytetään seuraavia symboleja:

3.2.1 X M (T), W / (m K) - vertailunäytteiden lämmönjohtavuus lämpötilasta riippuen.

3.2.2 Etsi, W / (m K) - ylemmän vertailunäytteen lämmönjohtavuus.

3.2.3 Xjj '. 8t / (m K) - alemman vertailunäytteen lämmönjohtavuus.

4 edT), W / (m K) - koekappaleen lämmönjohtavuus, korjattu lämmönsiirron suhteen tarpeellisissa tapauksissa.

3.2.5 X "$ (T), W / (m K) on koekappaleen lämmönjohtavuus laskettuna ottamatta huomioon lämmönsiirron korjausta.

6> у (7), W / (m K) - eristeen lämmönjohtavuus lämpötilasta riippuen.

3.2.7 G, K - absoluuttinen lämpötila.

3.2.8 Z, m - etäisyys mitattuna pakkauksen yläpäästä.

3.2.9 /, m on koekappaleen pituus.

3.2.10 G (, K on lämpötila Zr:ssä

3.2.11 q", W / m 2 - lämpövirta pinta-alayksikköä kohti.

3.2.12 ЗХ ЬТ, muut - poikkeamat X. G. muut.

3.2.13 g A, m on koekappaleen säde.

3.2.14 g in, m - suojakuoren sisäsäde.

15 f 9 (Z), K on suojarakennuksen lämpötila riippuen etäisyydestä Z.

4 Menetelmän ydin

4.1 Suojattua lämmitintä käyttävän kiinteän yksiulotteisen lämpövuon menetelmän yleinen kaavio on esitetty kuvassa 1. Testinäyte, jonka lämmönjohtavuus on tuntematon X s. joiden oletettu lämmönjohtavuus on X s // s. asetettu kuormitettuun kahden vertailunäytteen väliin, joiden lämmönjohtavuus on X m ja joilla on sama poikkileikkauspinta-ala ja lämmönjohtavuus X ^ // ^. Malli on paketti, joka koostuu levylämmittimestä, jossa on testikappale ja vertailukappaleet kummallakin puolella lämmittimen ja jäähdytyselementin välissä. Tutkittavaan pakkaukseen luodaan lämpötilagradientti, lämpöhäviöt minimoidaan käyttämällä pitkittäisvarmistuslämmitintä, jolla on suunnilleen sama lämpötilagradientti. Noin puolet energiasta virtaa jokaisen näytteen läpi. Tasapainotilassa lämmönjohtavuuskerroin määritetään koekappaleen ja vastaavien vertailunäytteiden mitatuista lämpötilagradienteista ja vertailumateriaalien lämmönjohtavuudesta.

4.2 Käytä pussiin voimaa varmistaaksesi hyvän kontaktin näytteiden välillä. Pakkauksen ympärillä on lämpöä johtava eristemateriaali, joka on suljettu suojakuoreen, jonka säde on r 8 ja joka on lämpötilassa T d (2). Aseta pakkauksen lämpötilagradientti pitämällä yläosa lämpötilassa T t ja alaosa lämpötilassa T in. Lämpötila T 9 (Z) on yleensä lineaarinen lämpötilagradientti, joka vastaa suunnilleen testipakkauksessa määritettyä gradienttia. Voidaanko käyttää myös isotermistä turvalämmitintä, jonka lämpötila on T? (Z). yhtä suuri kuin koekappaleen keskilämpötila. Laitteen mittauskennon muotoilua ilman suojalämmittimiä ei suositella käytettäväksi mahdollisten suurten lämpöhäviöiden vuoksi, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. Vakaassa tilassa lämpötilagradientit alueilla lasketaan kahden vertailunäytteen ja testinäytteen mitatuista lämpötiloista. X "s:n arvo ilman lämmönsiirron korjausta lasketaan kaavalla (selite on esitetty kuvassa 2).

Т 4 -Г 3 2 U 2 -Z, Z e -Z 5

missä Г on lämpötila kohdassa Z ,. K T 2 - lämpötila Z 2:ssa, K G 3 - lämpötila Z 3:ssa. TO

GOST R 57967-2017

Г 4 - lämpötila Z 4:ssä. TO;

Г 5 - lämpötila Z s. TO:

Г в - lämpötila Z e. TO:

Z, - 1. lämpötila-anturin koordinaatti, m;

Zj - 2. lämpötila-anturin koordinaatti, m;

Z 3 - 3. lämpötila-anturin koordinaatti, m;

Z 4 - 4. lämpötila-anturin koordinaatti, m;

Z 5 - viidennen lämpötila-anturin koordinaatti, m;

Z e - kuudennen lämpötila-anturin koordinaatti, m.

Tämä järjestely on idealisoitu, koska se ei ota huomioon lämmönsiirtoa pakkauksen ja eristeen välillä jokaisessa kohdassa eikä tasaista lämmönsiirtoa jokaisessa vertailunäytteiden ja koekappaleen välisessä rajapinnassa. Näiden kahden oletuksen aiheuttamat epävarmuustekijät voivat vaihdella suuresti. Näiden kahden tekijän vuoksi tälle testimenetelmälle on asetettava rajoituksia. jos haluat saavuttaa vaaditun tarkkuuden.

1 - lämpötilagradientti suojakuoressa; 2 - lämpötilagradientti pakkauksessa; 3 - lämpöpari: 4 - puristin.

S - ylälämmitin. b - ylempi vertailunäyte: 7 - alempi vertailunäyte, c - alempi lämmitin: c - jääkaappi. 10 - ylempi turvalämmitin: I - ruiskutus- ja turvalämmitin

Kuva 1 - Kaavio tyypillisestä testipakkauksesta ja suojarakennuksesta, joka näyttää lämpötilagradienttien vastaavuuden

GOST R 57967-2017

7

b

Jäähdytetty nzh

Voi oimshprmi

Eristys; 2 - turvalämmitin. E - metalli- tai keraaminen suojavaippa: 4 - lämmitin. S - vertailunäyte, b - testinäyte, x - lämpöparien likimääräinen sijainti

Kuva 2 - Kaavio yksiulotteisen kiinteän lämpövuon menetelmästä turvalämmittimellä, jossa näkyy lämpötila-anturien mahdolliset asennuspaikat

5 Laitteet ja materiaalit

5.1 Vertailunäytteet

5.1.1 Vertailunäytteissä on käytettävä vertailumateriaaleja tai vertailumateriaaleja, joiden lämmönjohtavuusarvot tunnetaan. Taulukossa 1 on lueteltu joitakin yleisesti hyväksyttyjä vertailumateriaaleja. Kuvassa 3 on esimerkki muutoksesta>. m lämpötilalla * ture.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL ^ m-K)

Kuva 3 - Vertailumateriaalien lämmönjohtavuuden viitearvot

HUOMAA Vertailunäytteille valitun materiaalin lämmönjohtavuuden tulee olla lähimpänä mitattavan materiaalin lämmönjohtavuutta.

5.1.2 Taulukko 1 ei ole tyhjentävä ja muita materiaaleja voidaan käyttää viitteenä. Vertailumateriaali ja Xm-arvojen lähde on ilmoitettava testiraportissa.

Taulukko 1 - Vertailumateriaalien ominaisuuksien vertailutiedot

GOST R 57967-2017

Taulukon 1 loppu

Taulukko 2 - Elektrolyyttisen raudan lämmönjohtavuus

Lämpötila. TO	Lämmönjohtokyky. L / (m K)

GOST R 57967-2017

Taulukko 3 - Volframin lämmönjohtavuus

Lämpötila, K	Lämmönjohtokyky. 6t / (mK)

GOST R 57967-2017

Taulukko 4 - Austeniittisen teräksen lämmönjohtavuus

Lämpötila. TO	Lämmönjohtavuus, W / (m K)

GOST R 57967-2017

Taulukon 4 loppu

5.1.3 Kaikille vertailumateriaalille asetettuja vaatimuksia ovat ominaisuuksien stabiilisuus koko käyttölämpötila-alueella, yhteensopivuus instrumentin mittakennon muiden komponenttien kanssa, lämpötila-anturin asennuksen helppous ja tarkasti tunnettu lämmönjohtavuus. Koska tietyn k:n kasvun lämpöhäviöstä johtuvat virheet ovat verrannollisia k:n ja Jk s:n muutokseen, vertailunäytteissä tulisi käyttää vertailumateriaalia c). m lähimpänä>. s.

5.1.4 Jos koekappaleen lämmönjohtavuus k s on kahden vertailumateriaalin lämmönjohtavuuskertoimen arvojen välissä, tulee käyttää vertailumateriaalia, jolla on korkeampi lämmönjohtavuus k ja. vähentääksesi kokonaislämpötilan laskua pakkauksessa.

5.2 Eristysmateriaalit

Jauhemaisia, dispergoituja ja kuituisia materiaaleja käytetään eristysmateriaaleina vähentämään säteittäistä lämpövirtaa pakkauksen ympärillä olevaan rengasmaiseen tilaan ja lämpöhäviöitä pakkausta pitkin. Eristyksen valinnassa on otettava huomioon useita tekijöitä:

Eristyksen on oltava vakaa odotetulla lämpötila-alueella, sen lämmönjohtavuuden on oltava alhainen ja sitä on oltava helppo käsitellä;

Eristys ei saa saastuttaa mittauskennon osia, kuten lämpötila-antureita, sen tulee olla alhainen myrkyllisyys, eikä se saa johtaa sähkövirtaa.

Jauheita ja kiinteitä aineita käytetään yleisesti, koska ne on helppo tiivistää. Matalatiheyksisiä kuitumattoja voidaan käyttää.

5.3 Lämpötila-anturit

5.3.1 Jokaisessa vertailunäytteessä on oltava vähintään kaksi lämpötila-anturia ja kaksi testinäytteessä. Mikäli mahdollista, vertailunäytteiden ja testinäytteen tulee sisältää kolme lämpötila-anturia. Lisäantureita tarvitaan varmistamaan lämpötilan jakautumisen lineaarisuus paketissa tai havaitsemaan virheitä, jotka johtuvat kalibroimattomasta lämpötila-anturista.

5.3.2 Lämpötila-anturin tyyppi riippuu laitteen mittauskennon koosta, lämpötila-alueesta ja laitteen mittauskennon ympäristöstä eristyksen, vertailunäytteiden, testinäytteen ja kaasun perusteella. Lämpötilan mittaamiseen voidaan käyttää mitä tahansa riittävän tarkkaa anturia ja laitteen mittauskennon tulee olla riittävän suuri, jotta lämpötila-antureiden lämpövuon häiriö on merkityksetön. Termopareja käytetään yleisesti. Niiden pieni koko ja helppo kiinnitys ovat selkeitä etuja.

5.3.3 Lämpöparit on valmistettava langasta, jonka halkaisija on enintään 0,1 mm. Kaikki kylmät liitokset on pidettävä vakiolämpötilassa. Tätä lämpötilaa ylläpitää jäähdytetty liete, termostaatti tai elektronisesti kompensoitu vertailupiste. Kaikkien lämpöparien on oltava valmistettu joko kalibroidusta johdosta tai langasta, jonka toimittaja on sertifioinut täyttämään standardissa GOST R 8.585 määritellyt virherajat.

5.3.4 Termoparien kiinnitysmenetelmät on esitetty kuvassa 4. Metalleissa ja metalliseoksissa voidaan saada sisäiset koskettimet hitsaamalla yksittäisiä termopareja pintoihin (Kuva 4a). Termoparit, päittäishitsi tai kaulus, voidaan kiinnittää jäykästi takomalla, injektoimalla tai hitsaamalla kapeisiin uriin tai pieniin reikiin (kuvat 4b, 4c ja 4

5.3.5 Kuvassa 46 termopari on säteittäisessä raossa ja kuvassa 4c termopari vedetään materiaalissa olevan radiaalisen reiän läpi. 8 käytettäessä lämpöparia suojavaipassa tai termoparissa, jonka molemmat lämpöelementit ovat sähköeristimessä, jossa on kaksi

GOST R 57967-2017

reikiä, voidaan käyttää kuvassa 4d näkyvää termoelementin kiinnitystä. Kolmessa viimeisessä tapauksessa termopari on liitettävä termisesti kiinteään pintaan sopivalla liimalla tai korkean lämpötilan sementillä. Kaikkiin neljään kuvassa 4 esitettyyn menettelyyn tulee sisältyä johtojen pintakarkaisu, langan käämitys isotermisille vyöhykkeille, johtojen lämpömaadoitus kotelossa tai kaikkien kolmen yhdistelmä.

5.3.6 Koska lämpötila-anturin sijainnin epätarkkuus johtaa suuriin virheisiin. Antureiden välisen oikean etäisyyden määrittämiseksi ja mahdollisen epätarkkuuden aiheuttaman virheen laskemiseksi on kiinnitettävä erityistä huomiota.

c - sisempi juustokenkä, jossa on erotetut lämpöelementit, hitsattu testinäytteeseen tai vertailunäytteisiin siten, että signaali kulkee materiaalin läpi. 6 - säteittäinen ura paljaan johtimen tai keraamisella eristeellä varustetun lämpöparin tasaisella pinnalla; c - pieni säteittäinen reikä, joka on porattu testi- tai vertailunäytteiden läpi ja eristämätön (hyväksyttävä, jos materiaali on sähköeriste) tai eristetty termopari, joka on vedetty reiän läpi: d - pieni säteittäinen reikä, joka on porattu testi- tai vertailunäytteiden läpi ja reikään asetettu termopari

Kuva 4 - Termoparien asennus

HUOMAA Termoparit tulee kaikissa tapauksissa olla lämpökarkaistuja tai termisesti maadoitettuja suojarakennukseen, jotta minimoidaan mittausvirhe, joka johtuu kuumasta liitoksesta tai lämpövuosta.

5.4 Latausjärjestelmä

5.4.1 Testausmenetelmä edellyttää tasaista lämmönsiirtoa vertailunäytteiden ja testikappaleen välisen rajapinnan yli, kun lämpötila-anturit sijaitsevat rajapinnan rk sisällä. Tätä varten on tarpeen varmistaa tasainen kosketusvastus

GOST R 57967-2017

Vertailunäytteiden ja koekappaleen vierekkäisten alueiden korotus, joka voidaan saada aikaan kohdistamalla aksiaalista kuormitusta yhdessä johtavan väliaineen kanssa rajapinnoilla. Ei ole suositeltavaa suorittaa mittauksia tyhjiössä, ellei se ole tarpeen suojaustarkoituksessa.

5.4.2 Testattaessa materiaaleja, joilla on alhainen lämmönjohtavuus, käytetään ohuita testikappaleita, joten lämpötila-anturit tulee asentaa lähelle pintaa. Tällaisissa tapauksissa rajapinnoille on lisättävä erittäin ohut kerros erittäin lämpöä johtavaa nestettä, tahnaa, pehmeää metallikalvoa tai suojusta.

5.4.3 Mittauslaitteen suunnittelussa on oltava keinot kohdistaa toistettava ja tasainen kuormitus pinoon, jotta vertailunäytteiden ja testinäytteen välisten rajapintojen rajapintavastukset voidaan minimoida. Kuorma voidaan kohdistaa pneumaattisesti, hydraulisesti, jousitoiminnolla tai painon asettelulla. Yllä mainitut kuormitusmekanismit ovat vakioita pakkauksen lämpötilan muuttuessa. Joissakin tapauksissa koekappaleen puristuslujuus voi olla niin alhainen, että kohdistettua voimaa on rajoitettava ylemmän vertailukappaleen painolla. Tässä tapauksessa on kiinnitettävä erityistä huomiota huonosta kosketuksesta johtuviin virheisiin, joita varten lämpötila-anturit on sijoitettava erilleen rajapintojen lämpövuon häiriöistä.

5.5 Turvakuori

5.5.1 Koekappaleesta ja vertailukappaleista koostuva pussi on suljettava asianmukaisesti ympyräsymmetrisesti suojaavaan koteloon. Suojarakennus voi olla metallia tai keraamista ja sen sisäsäteen tulee olla sellainen, että suhde r^r A on välillä 2,0-3,5. Suojarakennuksessa on oltava vähintään yksi turvalämmitin kannen lämpötilaprofiilin säätelemiseksi.

5.5.2 Suojarakennus on suunniteltava ja sitä on käytettävä siten, että sen pintalämpötila on joko isoterminen ja suunnilleen yhtä suuri kuin testinäytteen keskilämpötila tai sen likimääräinen lineaarinen profiili on kohdistettu suojarakennuksen ylä- ja alapäässä vastaaviin kohtiin pakkauksessa. Kussakin tapauksessa vähintään kolme lämpötila-anturia on asennettava turvakuoreen ennalta koordinoituihin kohtiin (katso kuva 2) lämpötilaprofiilin mittaamiseksi.

5.6 Mittauslaitteet

5.6.1 Anturin tehon mittaamiseen käytettävän lämpötila-anturin ja mittarin yhdistelmän tulee olla riittävä tuottamaan lämpötilan mittaustarkkuuden ± 0,04 K ja absoluuttisen virheen alle ± 0,5 %.

5.6.2 Tämän menetelmän mittauslaitteiden on ylläpidettävä vaadittu lämpötila ja mitattava kaikki asiaankuuluvat lähtöjännitteet tarkkuudella, joka on oikeassa suhteessa lämpötila-anturien lämpötilan mittaustarkkuuteen.

6 Testauksen valmistelu

6.1 Vaatimukset koekappaleille

6.1.1 Tällä menetelmällä testatut testinäytteet eivät rajoitu karamelligeometriaan. Edullisimmin käytetään lieriömäisiä tai prismaattisia näytteitä. Koenäytteen ja vertailunäytteiden johtavuusalueiden tulee olla samat 1 %:n tarkkuudella ja mahdolliset pinta-alaerot tulee ottaa huomioon tulosta laskettaessa. Lieriömäisissä kokoonpanoissa testikappaleen ja vertailukappaleiden säteiden on oltava yhdenmukaisia ​​± 1 %:n tarkkuudella. ja testikappaleen säteen r A on oltava sellainen, että r B fr A on välillä 2,0–3,5. Testattujen ja vertailunäytteiden jokaisen tasaisen pinnan tulee olla tasainen ja pinnan karheus on enintään R a 32 GOST 2789:n mukaisesti. Jokaisen pinnan normaalin tulee olla yhdensuuntainen näytteen akselin kanssa ± 10 minuutin tarkkuudella.

Huomautus - Joissakin tapauksissa tämä vaatimus ei ole välttämätön. Esimerkiksi jotkut instrumentit voivat koostua vertailukappaleista ja testikappaleista, joilla on korkeat arvot>. m ja>. s. joissa lämpöhäviöistä johtuvat virheet ovat mitättömiä pitkillä osilla. Tällaiset osat voivat olla riittävän pitkiä salliakseen

GOST R 57967-2017

lämpötila-anturit kiinnitetään riittävän kauas kosketuspisteistä, mikä varmistaa lämpövuon tasaisuuden. Koekappaleen pituus tulee valita säteen ja lämmönjohtavuuden tietojen perusteella. Kun). ja korkeampi kuin ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuus, voidaan käyttää pitkiä koekappaleita, joiden pituus on 0g A ”1. Tällaiset pitkät testikappaleet mahdollistavat suuret etäisyydet lämpötila-anturien välillä, mikä vähentää anturin epätarkan sijainnin aiheuttamaa virhettä. Kun). m pienempi kuin ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuus, koekappaleen pituutta on pienennettävä, koska lämpöhäviöstä johtuva mittausvirhe tulee liian suureksi.

6.1.2 Ellei materiaalin ohjeasiakirjassa tai teknisessä dokumentaatiossa toisin mainita. testaukseen käytetään yhtä testinäytettä.

6.2 Laitteiston asennus

1 Laitteen kalibrointi ja verifiointi suoritetaan seuraavissa tapauksissa:

Laitteen kokoamisen jälkeen:

Jos X m:n ja X s:n suhde on pienempi kuin 0,3. tai enemmän kuin 3. ja lämmönjohtavuuden arvoja ei ole mahdollista valita;

Jos testikappaleen muoto on monimutkainen tai testikappale on pieni:

Jos laitteen mittauskennon geometrisiin parametreihin on tehty muutoksia;

Jos on päätetty käyttää muita kuin kohdissa 6.3 ja 6.4 määriteltyjä vertailumateriaaleja tai eristemateriaaleja:

Jos laitetta on aiemmin käytetty niin korkeassa lämpötilassa, että komponenttien ominaisuudet voivat muuttua, esim. esimerkiksi termoparin herkkyys.

6.2.2 Nämä tarkastukset on suoritettava vertaamalla vähintään kahta vertailumateriaalia seuraavasti:

Valitse vertailumateriaali, jonka lämmönjohtavuus on lähinnä testinäytteen odotettua lämmönjohtavuutta:

Vertailumateriaalista valmistetun koekappaleen lämmönjohtavuus X mitataan vertailukappaleilla, jotka on valmistettu toisesta vertailumateriaalista, jonka X-arvo on lähinnä koekappaleen arvoa. Testi voidaan tehdä esimerkiksi istumanäytteelle. käyttämällä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja vertailumateriaaleja. Jos näytteen mitattu lämmönjohtavuus ei ole lämmönsiirtokorjauksen jälkeen yhtäpitävä taulukon 1 arvon kanssa, tulee virheen lähteet tunnistaa.

7 Testaus

7.1 Valitse vertailunäytteet siten, että niiden lämmönjohtavuus on samaa suuruusluokkaa kuin testinäytteelle odotetaan. Kun vaaditut vertailunäytteet on varustettu lämpötila-antureilla ja asennettu mittauskennoon, varusta testinäyte vastaavilla tavoilla. Aseta testikappale pussiin niin, että se sopii vertailukappaleiden väliin ja koskettaa vierekkäisiä vertailukappaleita vähintään 99 % kunkin pinnan pinta-alasta. Pinnan vastuksen vähentämiseksi voidaan käyttää pehmeää kalvoa tai muuta kosketusainetta. Jos mittauskenno on suojattava hapettumista vastaan ​​testin aikana tai jos mittaus vaatii tietyn kaasun tai kaasun paineen säätämään X/t, mittakenno täytetään ja huuhdellaan työkaasulla asetetussa paineessa. Lataa paketti käyttämällä tarvittavaa voimaa rajapinnan epätasaisen lämpövastuksen vaikutusten vähentämiseksi.

7.2 Kytke päälle ylä- ja alalämmittimet pussin molemmissa päissä ja säädä siihen asti. kun taas lämpötilaero pisteiden 2 ja Zj välillä. Z3 ja Z4. ja Z s ja 2 ^ eivät ole enempää kuin 200 kertaa lämpötila-anturin virhe, mutta enintään 30 K. ja testinäyte ei ole mittaukseen vaaditussa keskilämpötilassa. Huolimatta. että tarkkaa lämpötilaprofiilia suojakuorta pitkin ei vaadita 3.turvalämmittimien tehoa säädellään kunnes lämpötilaprofiili vaippaa pitkin T g (parhaan lämmönjohtimen lämmönjohtavuus - hopea) on enintään X noin 10_6 (vähiten johtavien kaasujen lämmönjohtavuus).

Kaasujen lämmönjohtavuus kasvaa suuresti lämpötilan noustessa. Joidenkin kaasujen (GH 4: NH 3) suhteellinen lämmönjohtavuus nousee jyrkästi lämpötilan noustessa ja joidenkin (Ne) se pienenee. Kineettisen teorian mukaan kaasujen lämmönjohtavuuden ei pitäisi riippua paineesta. Useat syyt johtavat kuitenkin siihen, että paineen kasvaessa lämmönjohtavuus kasvaa hieman. Painealueella ilmakehän paineesta useisiin millibaareihin lämmönjohtavuus ei riipu paineesta, koska molekyylien keskimääräinen vapaa reitti kasvaa, kun molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti vähenee. Paineessa -20 mbar molekyylien vapaa reitti vastaa mittauskammion kokoa.

Lämmönjohtavuuden mittaus on vanhin fysikaalinen kaasuanalyysimenetelmä. Sitä kuvattiin vuonna 1840 erityisesti A. Schleiermacherin (1888-1889) teoksissa ja sitä on käytetty teollisuudessa vuodesta 1928 lähtien. Vuonna 1913 Siemens kehitti vedyn pitoisuusmittarin ilmalaivoille. Sen jälkeen useiden vuosikymmenten ajan kehitettiin suurella menestyksellä lämmönjohtavuuden mittaamiseen perustuvia laitteita, joita käytettiin laajasti nopeasti kasvavassa kemianteollisuudessa. Luonnollisesti aluksi analysoitiin vain binäärisiä kaasuseoksia. Parhaat tulokset saadaan suurella erolla kaasujen lämmönjohtavuudessa. Kaasuista vedyllä on korkein lämmönjohtavuus. Käytännössä oli myös perusteltua mitata savukaasujen CO s -pitoisuuksia, koska hapen, typen ja hiilimonoksidin lämmönjohtavuudet ovat hyvin lähellä toisiaan, mikä mahdollistaa näiden neljän komponentin seoksen katsomisen kvasi. binääri.

Eri kaasujen lämmönjohtavuuden lämpötilakertoimet eivät ole samat, joten voit löytää lämpötilan, jossa eri kaasujen lämmönjohtavuudet ovat samat (esimerkiksi 490 ° С - hiilidioksidille ja hapelle, 70 ° С - ammoniakille ja ilma, 75 ° С - hiilidioksidille ja argonille) ... Tiettyä analyyttistä ongelmaa ratkaistaessa näitä yhteensattumia voidaan käyttää hyväksymällä kolmiosainen kaasuseos kvasibinääriseksi.

Kaasuanalyysissä voidaan olettaa, että lämmönjohtavuus on lisäominaisuus. Kun on mitattu seoksen lämmönjohtavuus ja tiedetty binääriseoksen puhtaiden komponenttien lämmönjohtavuus, voidaan laskea niiden pitoisuudet. Tätä yksinkertaista suhdetta ei kuitenkaan voida soveltaa mihinkään binääriseokseen. Joten esimerkiksi ilman - vesihöyryn, ilman - ammoniakin, hiilimonoksidin - ammoniakin ja ilman - asetyleenin seoksilla tietyllä komponenttien suhteella on suurin lämmönjohtavuus. Siksi lämmönjohtavuusmenetelmän sovellettavuus on rajoitettu tietylle pitoisuusalueelle. Monilla seoksilla on epälineaarinen riippuvuus lämmönjohtavuudesta ja koostumuksesta. Siksi on tarpeen poistaa kalibrointikäyrä, jonka mukaan tallennuslaitteen asteikko tulee tehdä.

Lämmönjohtavuusanturit(lämmönjohtavuusanturit) koostuvat neljästä pienestä, tilavuudeltaan pienestä kaasutäytteisestä kammiosta, joihin on sijoitettu samankokoisia ohuita platinajohtimia ja niihin on sijoitettu erillään rungosta eristetty sähkövastus. Sama vakiosuuruusvirta virtaa johtimien läpi ja lämmittää ne. Johtimet - lämmityselementit - ovat kaasun ympäröimiä. Kaksi kammiota sisältävät mitatun kaasun ja kaksi muuta vertailukaasua. Kaikki lämmityselementit sisältyvät Wheaton-sillaan, jolla 0,01 °C:n lämpötilaeron mittaaminen ei ole vaikeaa. Tällainen korkea herkkyys vaatii mittauskammioiden lämpötilojen täsmällistä tasa-arvoa, joten koko mittausjärjestelmä sijoitetaan termostaattiin tai sillan mittausdiagonaaliin ja kytketään päälle vastus lämpötilan kompensoimiseksi. Niin kauan kuin lämmönpoisto lämpöelementeistä mittaus- ja vertailukammioissa on sama, silta on tasapainossa. Kun kaasua, jolla on erilainen lämmönjohtavuus, syötetään mittauskammioihin, tämä tasapaino rikotaan, herkkien elementtien lämpötila muuttuu ja samalla niiden vastus. Tuloksena oleva virta mittausdiagonaalissa on verrannollinen mitatun kaasun pitoisuuteen. Herkkyyden lisäämiseksi herkkien elementtien käyttölämpötilaa tulee nostaa, mutta kaasun lämmönjohtavuudessa on kuitenkin pidettävä riittävän suuri ero. Joten erilaisille kaasuseoksille on optimaalinen lämpötila lämmönjohtavuuden ja herkkyyden kannalta. Usein herkkien elementtien ja kammioiden seinien lämpötilan välinen ero valitaan välillä 100 - 150 °C.

Teollisten lämmönjohtavuusanalysaattoreiden mittauskennot koostuvat yleensä massiivisesta metallikotelosta, johon on porattu mittauskammiot. Tämä varmistaa tasaisen lämpötilan jakautumisen ja hyvän kalibrointivakauden. Koska kaasun virtausnopeus vaikuttaa lämmönjohtavuusmittarin lukemiin, kaasu ruiskutetaan mittauskammioihin ohituskanavan kautta. Alla on esitetty eri rakentajien ratkaisut tarvittavan kaasunvaihdon varmistamiseksi. Periaatteessa oletetaan, että pääkaasuvirtaus on yhdistetty mittauskammioihin yhdistävillä kanavilla, joiden läpi kaasu virtaa pienen eron alaisena. Tässä tapauksessa diffuusio ja lämpökonvektio vaikuttavat ratkaisevasti kaasun uusiutumiseen mittauskammioissa. Mittauskammioiden tilavuus voi olla hyvin pieni (muutama kuutiomillimetri), jolloin konvektiivisella lämmönsiirrolla on pieni vaikutus mittaustulokseen. Platinajohtimien katalyyttisen vaikutuksen vähentämiseksi ne sulatetaan eri tavoin ohutseinäisiksi lasikapillaariksi. Varmistaaksesi mittauskammion korroosionkestävyyden, peitä kaikki kaasuputken osat lasilla. Tämän avulla voit mitata klooria, kloorivetyä ja muita syövyttäviä kaasuja sisältävien seosten lämmönjohtavuutta. Suljetuilla vertailukammioilla varustettuja lämmönjohtavuusanalysaattoreita käytetään pääasiassa kemianteollisuudessa. Oikean vertailukaasun valinta yksinkertaistaa laitteen kalibrointia. Lisäksi voidaan saada asteikko, jossa on tukahdutettu nolla. Nollapoikkeaman vähentämiseksi vertailukammiot on suljettava hyvin. Erityistapauksissa, esimerkiksi kaasuseoksen koostumuksen voimakkaiden vaihteluiden yhteydessä, on mahdollista työskennellä läpivirtausvertailukammioiden kanssa. Tässä tapauksessa erityisellä reagenssilla yksi komponenteista poistetaan mitatusta kaasuseoksesta (esimerkiksi CO emäksisellä kaliumliuoksella), ja sitten kaasuseos ohjataan vertailukammioihin. Tässä tapauksessa mittaus- ja vertailuhaarat eroavat vain yhden komponentin puuttuessa. Tämä menetelmä mahdollistaa usein monimutkaisten kaasuseosten analysoinnin.

Viime aikoina metallijohtimien sijasta puolijohdetermistoreja on joskus käytetty anturielementteinä. Termistorien etuna on, että resistanssin lämpötilakerroin on 10 kertaa korkeampi kuin metallitermistoreilla. Tällä saavutetaan voimakas herkkyyden kasvu. Samalla kuitenkin asetetaan paljon korkeammat vaatimukset siltavirran stabiloitumiselle ja kammion seinien lämpötilalle.

Aiemmin kuin muita ja laajimmin lämmönjohtavuusinstrumentteja alettiin käyttää uunien savukaasujen analysointiin. Suuren herkkyytensä, suuren nopeudensa, huollon helppouden ja suunnittelun luotettavuuden sekä alhaisten kustannustensa ansiosta tämän tyyppiset analysaattorit otettiin nopeasti teollisuuteen tulevaisuudessa.

Lämmönjohtavuusanalysaattorit soveltuvat parhaiten seoksien vetypitoisuuden mittaamiseen. Vertailukaasuja valittaessa tulee huomioida myös eri kaasujen seokset. Seuraavia tietoja voidaan käyttää esimerkkinä eri kaasujen vähimmäismittausalueista (taulukko 6.1).

Taulukko 6.1

Minimimittausalueet eri kaasuille,

% äänenvoimakkuuteen

Suurin mittausalue on useimmiten 0-100 %, kun taas 90 tai jopa 99 % voidaan vaimentaa. Erikoistapauksissa lämmönjohtavuusanalysaattori mahdollistaa useiden eri mittausalueiden yhdistämisen samaan laitteeseen. Tätä käytetään esimerkiksi lämpövoimalaitosten vetyjäähdytteisten turbiinigeneraattoreiden täytön ja tyhjennyksen seurannassa. Räjähdysvaaran vuoksi generaattorin runkoa ei täytetä ilmalla, vaan ensin syötetään tyhjennyskaasuna hiilidioksidia ja sitten vetyä. Kaasu vapautuu generaattorista samalla tavalla. Riittävän korkealla toistettavuudella voidaan saada seuraavat mittausalueet yhdellä analysaattorilla: 0-100 % (tilavuus) CO (ilmassa hiilidioksidilla puhdistukseen), 100-0 % H2 CO:ssa (vedyllä täyttöön) ja 100-80 % H2 (ilmassa vedyn puhtauden säätelemiseksi generaattorin käytön aikana). Tämä on halpa tapa mitata.

Kaliumkloridin elektrolyysin aikana vapautuvan kloorin vetypitoisuuden määrittämiseksi termokonduktometrisella analysaattorilla voidaan työskennellä sekä suljetulla vertailukaasulla (SO 2, Ar) että virtaavalla vertailukaasulla. Jälkimmäisessä tapauksessa vedyn ja kloorin seos lähetetään ensin mittauskammioon ja sitten jälkipolttimeen, jonka lämpötila on > 200 °C. Vety palaa ylimääräisen kloorin kanssa muodostaen kloorivetyä. Saatu HC:n ja C12:n seos syötetään vertailukammioon. Tässä tapauksessa vetypitoisuus määritetään lämmönjohtavuuden erosta. Tämä menetelmä vähentää merkittävästi pienten ilman epäpuhtauksien vaikutusta.

Märkäkaasun analysoinnissa syntyvän virheen vähentämiseksi kaasu on kuivattava, mikä tehdään joko kosteudenabsorbaattorin avulla tai alentamalla kaasun lämpötilaa kastepisteen alapuolelle. Kosteuden vaikutuksen kompensoimiseen on toinenkin mahdollisuus, joka on sovellettavissa vain virtaavalla vertailukaasulla mitattuna.

Räjähtävien kaasujen kanssa työskentelyyn useat yritykset valmistavat räjähdyssuojattuja laitteita. Tässä tapauksessa lämmönjohtavuusmittareiden kammiot on suunniteltu korkealle paineelle, liekinsammuttimet on asennettu kammioiden sisään- ja ulostuloon ja lähtösignaali rajoitetaan luonnostaan ​​turvalliselle tasolle. Tällaisiakaan laitteita ei kuitenkaan voida käyttää räjähtävien kaasujen ja hapen tai vedyn ja kloorin seosten analysointiin.

• Senttimetri - gramma - sekunti on mittayksikköjärjestelmä, jota käytettiin laajalti ennen kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) käyttöönottoa.

GOST 7076-99

UDC 691: 536.2.08: 006.354 Ryhmä Ж19

VÄLINEN STANDARDI

RAKENNUSMATERIAALIT JA TUOTTEET

Lämmönjohtavuuden ja lämmönvastuksen määritysmenetelmä

kiinteissä lämpöolosuhteissa

RAKENNUSMATERIAALIT JA TUOTTEET

Vakaan tilan lämpöarvon määritysmenetelmä

johtavuus ja lämmönkestävyys

Käyttöönottopäivä 2000-04-01

Esipuhe

1 KEHITTÄMÄ Venäjän federaation rakennusfysiikan tutkimuslaitos (NIISF).

ESITTELY: Gosstroy of Russian

2 HYVÄKSYNYT osavaltioiden välinen tieteellinen ja tekninen rakennusalan standardointia, teknisiä määräyksiä ja sertifiointia käsittelevä komissio (ISTC) 20. toukokuuta 1999

Osavaltion nimi	Valtion elimen nimi rakennustyömaan johto
Armenian tasavalta	Armenian tasavallan kaupunkikehitysministeriö
Kazakstanin tasavalta	Kazakstanin tasavallan energia-, teollisuus- ja kauppaministeriön rakennuskomitea
Kirgisian tasavalta	Kirgisian tasavallan hallituksen alainen arkkitehtuurin ja rakentamisen valtiontarkastus
Moldovan tasavalta	Moldovan tasavallan aluekehityksen, rakentamisen ja yleishyödyllisten palvelujen ministeriö
Venäjän federaatio	Venäjän gosstroy
Tadžikistanin tasavalta	Tadzikistanin tasavallan arkkitehtuuri- ja rakennuskomitea
Uzbekistanin tasavalta	Uzbekistanin tasavallan valtion arkkitehtuuri- ja rakennuskomitea
	Ukrainan valtion rakennus-, arkkitehtuuri- ja asuntopolitiikan komitea

3 VAIHDA GOST 7076-87

4 Otettu voimaan 1. huhtikuuta 2000 Venäjän federaation valtion standardina Venäjän Gosstroyn asetuksella 24. joulukuuta 1999 nro 89

Johdanto

Tämä kansainvälinen standardi on harmonisoitu standardien ISO 7345: 1987 ja ISO 9251: 1987 kanssa terminologialtaan ja noudattaa ISO 8301: 1991, ISO 8302: 1991 tärkeimpiä säännöksiä, jotka määrittelevät menetelmät lämpöresistanssin ja tehokkaan lämmön määrittämiseksi. johtavuus lämpömittarilla varustetulla laitteella ja kuumaturvavyöhykkeellä varustetulla laitteella.

ISO-standardien mukaisesti tämä standardi asettaa vaatimukset näytteille, laitteelle ja sen kalibroinnille, käytetään kahta päätestausjärjestelmää: epäsymmetrinen (yhdellä lämpömittarilla) ja symmetrinen (kahdella lämpömittarilla).

1 käyttöalue

Tämä standardi koskee rakennusmateriaaleja ja -tuotteita sekä teollisuuslaitteiden ja putkistojen lämmöneristykseen tarkoitettuja materiaaleja ja tuotteita, ja siinä määritellään menetelmä niiden tehokkaan lämmönjohtavuuden ja lämmönkestävyyden määrittämiseksi näytteen keskimääräisessä lämpötilassa miinus 40 - + 200 °. C.

Standardi ei koske materiaaleja ja tuotteita, joiden lämmönjohtavuus on yli 1,5 W / (m × K).

Satulat GOST 166-89. Tekniset ehdot

GOST 427-75 Mittausmetalliviivaimet. Tekniset ehdot

GOST 24104-88 Laboratoriovaa'at yleiseen käyttöön ja esimerkillisiä. Yleiset tiedot

3 Määritelmät ja symbolit

3.1 Tässä standardissa käytetään seuraavia termejä asianmukaisin määritelmin.

Lämpövirta- näytteen läpi kulkevan lämmön määrä aikayksikköä kohti.

Lämpövuon tiheys- pinta-alan läpi kulkeva lämpövirta.

Kiinteä lämpöjärjestelmä- tila, jossa kaikki tarkastelut termofysikaaliset parametrit eivät muutu ajan myötä.

Näytteen lämpövastus- näytteen etupintojen välisen lämpötilaeron suhde lämpövuon tiheyteen kiinteän lämpöjärjestelmän olosuhteissa.

Näytteen keskilämpötila- näytteen etupinnalta mitattujen lämpötilojen aritmeettinen keskiarvo.

Tehokas lämmönjohtavuusl eff materiaalia(vastaa termiä "lämmönjohtavuuskerroin", joka on hyväksytty rakennusten lämpötekniikan nykyisissä standardeissa) - materiaalin testinäytteen paksuuden suhde dVastaanottaja sen lämpövastus R.

3.2 Suurten ja mittayksiköiden nimet on esitetty taulukossa 1.

pöytä 1

Nimitys	Suuruus	mittayksikkö
l eff	Tehokas lämmönjohtavuus	W / (m × K)
	Lämpövastus	m 2 × K/W
	Näytteen paksuus ennen testausta
	Vakionäytteiden lämmönkestävyys	m 2 × K/W
D T 1, D T 2	Lämpötilaero standardinäytteiden etupintojen välillä
e 1, e 2	Laitteen lämpömittarin lähtösignaalit, kun se on kalibroitu standardinäytteillä
f 1, f 2	Laitteen lämpömittarin kalibrointikertoimet, kun se on kalibroitu standardinäytteillä	W/(mV × m 2)
	Näytteen paksuus testauksen aikana
	Testikappaleen lämpövastus	m 2 × K/W
	Näytteen painon suhteellinen muutos kuivauksen jälkeen
	Näytteen massan suhteellinen muutos testin aikana
	Näytepaino, kun se on saatu valmistajalta
	Näytteen paino kuivauksen jälkeen
	Näytteen paino testauksen jälkeen
D T u	Lämpötilaero koekappaleen pintojen välillä
	Koekappaleen keskilämpötila
	Testinäytteen kuuman pinnan lämpötila
	Koekappaleen kylmän pinnan lämpötila
	Laitteen lämpömittarin kalibrointikertoimen arvo, joka vastaa koekappaleen läpi virtaavan lämpövirran arvoa kiinteän lämpöjärjestelmän muodostamisen jälkeen (epäsymmetrisellä testikaaviolla)	W/(mV × m 2)
	Laitteen lämpömittarin lähtösignaali kiinteän lämpövuon muodostamisen jälkeen testinäytteen läpi (epäsymmetrisellä testikaaviolla)
	Lämpövastus näytteen pinnan ja laitelevyn työpinnan välillä
l effu	Testikappaleen materiaalin tehokas lämmönjohtavuus	W / (m × K)
	Arkkimateriaalin lämmönkestävyys, josta irtomateriaalinäytteen laatikon pohja ja kansi on valmistettu	m 2 × K/W
f ¢ u , f² u	Laitteen ensimmäisen ja toisen lämpömittarin kalibrointikertoimen arvot, jotka vastaavat testinäytteen läpi virtaavan lämpövirran arvoa kiinteän lämpöjärjestelmän luomisen jälkeen (symmetrisellä testikaaviolla)	W/(mV × m 2)
e ¢ u e² u	Ensimmäisen ja toisen lämpömittarin lähtösignaali kiinteän lämpövuon muodostamisen jälkeen testinäytteen läpi (symmetrisellä testikaaviolla)
	Testinäytteen läpi kulkevan kiinteän lämpövirran tiheys
	Mittausalue
	Sähkövirta syötetään laitteen keittolevyn mittausalueen lämmittimeen

4 Yleistä

4.1 Menetelmän ydin on kiinteän lämpövuon luominen, joka kulkee tietyn paksuisen litteän näytteen läpi ja on suunnattu kohtisuoraan näytteen etupintoja (suurimpia) vastaan, mittaamalla tämän lämpövuon tiheyttä, vastakkaisen rintaman lämpötilaa pinnat ja näytteen paksuus.

4.2 Tehokkaan lämmönjohtavuuden tai lämmönvastuksen määrittämiseen tarvittavien näytteiden lukumäärä ja näytteenottomenettely on määriteltävä tietyn materiaalin tai tuotteen standardissa. Jos tietyn materiaalin tai tuotteen standardissa ei ole määritelty testattavien näytteiden määrää, tehollinen lämmönjohtavuus tai lämmönkestävyys määritetään viidestä näytteestä.

4.3 Ilman lämpötilan ja suhteellisen kosteuden huoneessa, jossa testit suoritetaan, tulee olla (295 ± 5) K ja (50 ± 10) %.

5 Mittauslaitteet

Suorittaaksesi testin, käytä:

vahvistetun menettelyn mukaisesti sertifioitu laite tehokkaan lämmönjohtavuuden ja lämmönkestävyyden mittaamiseksi ja joka täyttää lisäyksessä A esitetyt vaatimukset;

laite kuitumateriaalien tiheyden määrittämiseksi GOST 17177:n mukaisesti;

laite litteiden kuitutuotteiden paksuuden määrittämiseksi standardin GOST 17177 mukaisesti;

kuivaussähkökaappi, jonka ylälämmitysraja on vähintään 383 K, sallitun asetusvirheen ja automaattisen lämpötilansäädön raja on 5 K;

noniersatula GOST 166:n mukaisesti:

Ulko- ja sisämittojen mittaamiseen mittausalueella 0-125 mm, nonien laskenta-arvo - 0,05 mm, virhemarginaali - 0,05 mm;

Ulkomittojen mittaamiseen mittausalueella 0-500 mm, nonien laskenta-arvo - 0,1 mm, sallittu virheraja -0,1 mm;

GOST 427:n mukainen metallimittaviivain, jonka ylämittausraja on 1000 mm, sallitun poikkeaman raja asteikon pituuden nimellisarvoista ja etäisyys minkä tahansa iskun ja asteikon alun tai lopun välillä - 0,2 mm;

laboratoriovaa'at yleiseen käyttöön standardin GOST 24104 mukaisesti:

Enimmäispunnitusrajalla 5 kg jakoarvo on 100 mg, vaa'an lukemien keskihajonta on enintään 50,0 mg, virhe keinuvivun epätasaisesta tasapainosta on enintään 250,0 mg, sallitun virheen raja on 375 mg;

Enimmäispunnitusrajalla 20 kg jakoarvo on 500 mg, vaa'an lukemien keskihajonta on enintään 150,0 mg, virhe keinuvarren epätasaisesta tasapainosta on enintään 750,0 mg, sallitun virheen raja on 1500 mg.

On sallittua käyttää muita mittauslaitteita, joiden metrologiset ominaisuudet ja laitteet, joiden tekniset ominaisuudet eivät ole huonompia kuin tässä standardissa määritellyt.

6 Testin valmistelu

6.1 Näyte valmistetaan suorakaiteen muotoisen suuntaissärmiön muodossa, jonka suurimmat (etu)pinnat ovat neliön muotoisia ja sivu on yhtä suuri kuin laitelevyjen työpintojen sivu. Jos laitelevyjen työpinnat ovat ympyrän muotoisia, tulee näytteen suurimpien reunojen olla myös ympyrän muotoisia, joiden halkaisija on yhtä suuri kuin laitelevyjen työpintojen halkaisija (Liite A, kohta A. 2.1).

6.2 Testikappaleen paksuuden on oltava vähintään viisi kertaa pienempi kuin etureunan pituus tai halkaisija.

6.3 Näytteen reunojen, jotka ovat kosketuksissa laitteen levyjen työpintoihin, tulee olla tasaisia ​​ja yhdensuuntaisia. Jäykän näytteen etupintojen poikkeama yhdensuuntaisuudesta ei saa olla yli 0,5 mm.

Jäykät näytteet, joissa on paksuuseroja ja poikkeamia tasaisuudesta, hiotaan.

6.4 Suuntasissärmiön näytteen paksuus mitataan paksuussatulalla, jonka virhe on enintään 0,1 mm neljästä kulmasta (50,0 ± 5,0) mm etäisyydellä kulman kärjestä ja kummankin sivun keskeltä.

Kiekkonäytteen paksuus mitataan paksuussatulatella, jonka virhe on enintään 0,1 mm, neljässä keskenään kohtisuorassa pystyakselin läpi kulkevassa tasossa sijaitsevia generaattoreita pitkin.

Näytteen paksuudeksi otetaan kaikkien mittausten tulosten aritmeettinen keskiarvo.

6.5 Kaavassa olevan näytteen pituus ja leveys mitataan viivaimella, jonka virhe on enintään 0,5 mm.

6.6 Lämmöneristysmateriaalinäytteen geometrisen muodon ja mittojen oikeellisuus määritetään standardin GOST 17177 mukaisesti.

6.7 Inkluusioten (täyteainerakeet, suuret huokoset jne.), jotka eroavat lämpöfysikaalisista ominaisuuksistaan ​​päänäytteestä, keskimääräinen koko ei saa ylittää 0,1 näytteen paksuudesta.

On sallittua testata näytettä, jossa on heterogeenisiä sulkeumia, joiden keskikoko ylittää 0,1 sen paksuudesta. Testausselosteessa on ilmoitettava sulkeumien keskimääräinen koko.

6.8 Määritä näytteen massa M 1 saatuaan valmistajalta.

6.9 Näyte kuivataan vakiopainoon materiaalin tai tuotteen ohjeasiakirjassa määritellyssä lämpötilassa. Näyte katsotaan kuivatuksi vakiopainoon, jos sen painohäviö toisen 0,5 tunnin kuivauksen jälkeen ei ylitä 0,1 %. Kuivauksen lopussa määritetään näytteen massa M 2 ja sen tiheys r u, jonka jälkeen näyte asetetaan välittömästi joko lämpöresistanssin määrityslaitteeseen tai suljettuun astiaan.

Märkä näyte on sallittua testata yli 273 K:n kylmän pinnan lämpötilassa ja enintään 2 K:n lämpötilan pudotuksessa näytteen paksuuden 1 cm:tä kohden.

6.10 Näyte kuivatusta bulkkimateriaalista tulee laittaa laatikkoon, jonka pohja ja kansi on valmistettu ohuesta levymateriaalista. Laatikon pituuden ja leveyden tulee olla yhtä suuri kuin laitteen levyjen työpintojen vastaavat mitat, syvyyden - testinäytteen paksuuteen. Irtotavaranäytteen paksuuden tulee olla vähintään 10 kertaa materiaalin muodostavien rakeiden, rakeiden ja hiutaleiden keskimääräinen koko.

Laatikon pohjan ja kannen pintojen suhteellisen puolipallon emissiivisyyden on oltava yli 0,8 lämpötiloissa, jotka näillä pinnoilla on testin aikana.

Lämpövastus R L levymateriaali, josta laatikon pohja ja kansi on valmistettu, on tiedettävä.

6.11 Irtotavaranäyte jaetaan neljään yhtä suureen osaan, jotka kaadetaan yksitellen laatikkoon tiivistäen jokainen osa siten, että se vie vastaavan osan laatikon sisätilavuudesta. Laatikko on suljettu kannella. Kansi on kiinnitetty laatikon sivuseiniin.

6.12 Punnitaan kokoomanäytteen sisältävä laatikko. Irtomateriaalinäytteen tiheys lasketaan näytteen mukana olevan laatikon massan määritetystä arvosta ja tyhjän laatikon sisäisen tilavuuden ja massan ennalta määrätyistä arvoista.

6.13 Virhe näytteiden massan ja koon määrittämisessä saa olla enintään 0,5 %.

7 Testaus

7.1 Testit on suoritettava esikalibroidulla laitteella. Kalibroinnin järjestys ja taajuus on esitetty liitteessä B.

7.2 Aseta testattava näyte laitteeseen. Näytteen sijainti - vaaka- tai pystysuora. Kun näyte asetetaan vaakasuoraan, lämpövirtauksen suunta on ylhäältä alas.

Testin aikana lämpötilaero näytteen etupintojen välillä D T u tulee olla 10-30 K. Näytteen keskimääräinen lämpötila testauksen aikana tulee ilmoittaa tietyntyyppisen materiaalin tai tuotteen normatiivisessa asiakirjassa.

7.3 Aseta laitteen levyjen työpintojen lämpötilojen esiasetetut arvot ja suorita mittaukset peräkkäin 300 sekunnin välein:

lämpömittarin signaalit e u ja näytteen pintojen lämpötila-anturit, jos lämpövuon tiheys testinäytteen läpi mitataan lämpömittarilla;

laitteen keittolevyn mittausvyöhykkeen lämmittimeen syötetty teho ja signaalit näytteen etupintojen lämpötila-antureilta, jos testinäytteen läpi kulkevan lämpövirran tiheys määritetään sähkötehoa mittaamalla syötetään laitteen keittolevyn mittausalueen lämmittimeen.

7.4 Lämpövirtaa testinäytteen läpi katsotaan tasaiseksi (kiinteäksi), jos näytteen lämpöresistanssin arvot, jotka on laskettu viiden peräkkäisen lämpötila-antureiden signaalien ja lämpövuon tiheyden mittauksen tuloksista, poikkeavat toisiaan alle 1%, kun taas nämä arvot eivät kasva eivätkä pienene monotonisesti.

7.5 Kun olet saavuttanut kiinteän lämpötilan, mittaa laitteeseen asetetun näytteen paksuus. d u jarrusatulalla, jonka virhe on enintään 0,5 %.

7.6 Testin päätyttyä määritä näytteen massa. M 3 .

8 Testitulosten ilmaiseminen

8.1 Laske kuivauksesta johtuva näytteen suhteellinen massan muutos T r ja testauksen aikana T w ja näytteen tiheys r u kaavojen mukaan:

Tr =(M 1 ¾ M 2 ) / M 2 , (2)

Tw= (M 2 ¾ M 3 ) / M 3 , (3)

Testaa näytetilavuutta V u lasketaan mittaamalla sen pituus ja leveys testin päätyttyä ja paksuus - testin aikana.

8.2 Laske pintojen välinen lämpötilaero D T u ja koekappaleen keskilämpötila T mu kaavojen mukaan:

D T u = T 1u ¾ T 2u , (5)

T mu= (T 1u + T 2u.) / 2 (6)

8.3 Laskettaessa näytteen lämpöfysikaalisia parametreja ja vakaan tilan lämpövuon tiheyttä lämpötila-eroanturien signaalien ja lämpömittarin signaalin tai sähkötehon viiden mittauksen tulosten aritmeettiset keskiarvot, jotka on suoritettu Testinäytteen läpi kulkeva vakaan tilan lämpövirta on määritetty, korvataan laskentakaavoihin.

8.4 Testattaessa epäsymmetrisellä instrumentilla näytteen lämpövastus R u lasketaan kaavalla

(7)

missä R k ota yhtä suuri kuin 0,005 m 2 × K / W ja nolla lämmöneristysmateriaaleille ja -tuotteille.

8.5 Näytemateriaalin tehokas lämmönjohtavuus l effu lasketaan kaavalla

(8)

8.6 Lämpövastus R u ja tehokas lämmönjohtavuus l effu irtotavaranäyte lasketaan kaavoilla:

, (9)

. (10)

8.7 Kiinteän lämpövuon tiheys q u näytteen avulla, joka on testattu laitteella, joka on koottu epäsymmetristen ja symmetristen kaavioiden mukaisesti, laske vastaavasti kaavojen mukaan:

q u = f u e u , (11)

. (12)

8.8 Suorittaessa testiä laitteelle, jossa on kuumaturvavyöhyke, jossa lämpövuon tiheys määritetään mittaamalla laitteen keittolevyn mittausvyöhykkeen lämmittimeen syötetty sähköteho, lämmönresistanssi, tehollinen lämmönjohtavuus ja näytteen läpi kulkevan kiinteän lämpövirran tiheys lasketaan kaavoilla:

, (13)

, (14)

Testattaessa bulkkimateriaaleja kaavoissa (13) ja (14) sen sijaan R k korvaa arvo R L..

8.9 Testituloksena otetaan kaikkien testattujen näytteiden lämmönvastuksen ja tehokkaan lämmönjohtavuuden aritmeettiset keskiarvot.

9 Testiraportti

Testausraportissa on oltava seuraavat tiedot:

Materiaalin tai tuotteen nimi;

Sen säädösasiakirjan nimi ja nimi, jonka mukaan materiaali tai tuote on valmistettu;

Valmistava yritys;

Eränumero;

Valmistuspäivä;

Testattujen näytteiden kokonaismäärä;

Laitteen tyyppi, jolla testi suoritettiin;

Koekappaleiden sijainti (vaaka, pystysuora);

Menetelmä näytteiden valmistamiseksi irtomateriaalista, jossa ilmoitetaan laatikon, jossa näytteet testattiin, pohjan ja kannen lämpövastus;

kunkin näytteen mitat;

kunkin näytteen paksuus ennen testin aloittamista ja testin aikana, josta käy ilmi, suoritettiinko testi näytteen kiinteällä paineella vai näytteen kiinteällä paksuudella;

Kiinteä paine (jos se oli kiinteä);

Heterogeenisten sulkeumien keskimääräinen koko näytteissä (jos sellaisia ​​on);

Näytteen kuivaustekniikka;

Kunkin näytteen massan suhteellinen muutos päivästä johtuen;

kunkin näytteen kosteuspitoisuus ennen testiä ja sen jälkeen;

kunkin näytteen tiheys testauksen aikana;

Jokaisen näytteen massan suhteellinen muutos testin aikana;

kunkin näytteen kuuman ja kylmän pinnan lämpötila;

lämpötilaero kunkin näytteen kuuman ja kylmän pinnan välillä;

kunkin näytteen keskilämpötila;

Lämpövuon tiheys kunkin näytteen läpi kiinteän lämpöjärjestelmän luomisen jälkeen;

kunkin näytteen lämpövastus;

Jokaisen näytteen materiaalin tehokas lämmönjohtavuus;

Kaikkien testattujen näytteiden lämpövastuksen aritmeettinen keskiarvo;

Kaikkien testattujen näytteiden tehokkaan lämmönjohtavuuden aritmeettinen keskiarvo;

Lämmön virtauksen suunta;

Testauspäivämäärä;

Laitteen viimeisimmän kalibroinnin päivämäärä (jos testi suoritettiin lämpömittarilla varustetulla laitteella);

Laitteen kalibroinnissa käytettävistä vakionäytteistä on ilmoitettava seuraavat tiedot: tyyppi, lämpövastus, tarkastuspäivämäärä, tarkastuksen voimassaoloaika, tarkastuksen suorittanut organisaatio;

Virheen arviointi lämpövastuksen tai tehokkaan lämmönjohtavuuden mittauksessa;

Ilmoitus testimenettelyn täydellisestä tai osittaisesta poikkeamisesta tämän standardin vaatimusten kanssa. Jos testin aikana on myönnetty poikkeamia tämän standardin vaatimuksista, ne on ilmoitettava testiraportissa.

10 Virhe tehollisen lämmönjohtavuuden määrittämisessä

ja lämpövastus

Suhteellinen virhe tehokkaan lämmönjohtavuuden ja lämmönvastuksen määrittämisessä tällä menetelmällä ei ylitä ± 3 %, jos testi suoritetaan täysin tämän standardin vaatimusten mukaisesti.

LIITE A

(edellytetään)

Vaatimukset laitteille, joilla määritetään tehollinen lämmönjohtavuus ja lämpövastus kiinteässä lämpötilassa

A.1 Laitekaaviot

Tehokkaan lämmönjohtavuuden ja lämmönvastuksen mittaamiseen kiinteässä lämpötilassa käytetään seuraavia laitteita:

Koottuna epäsymmetrisesti, varustettu yhdellä lämpömittarilla, joka sijaitsee testinäytteen ja laitteen kylmälevyn välissä tai näytteen ja laitteen kuumalevyn välissä (kuva A.1);

Koottuna symmetrisen kaavion mukaan, varustettu kahdella lämpömittarilla, joista toinen sijaitsee testinäytteen ja laitteen kylmälevyn välissä ja toinen näytteen ja laitteen kuumalevyn välissä (kuva A.2);

Laite, jossa testinäytteen läpi kulkevan lämpövuon tiheys määritetään mittaamalla laitteen keittolevyn mittausvyöhykkeen lämmittimeen syötetty sähköteho (kuumaturvavyöhykkeellä varustettu laite) (kuva A.3).

1 - lämmitin; 2 - lämpömittari; 3 - testinäyte; 4 - jääkaappi

Kuva A.1 - Kaavio laitteesta, jossa on yksi lämpömittari

1 - lämmitin; 2 - lämpömittarit; 3 - jääkaappi; 4 - testinäyte

Kuva A.2 - Kaavio laitteesta, jossa on kaksi lämpömittaria

1 - jääkaappi; 2 - testinäytteet; 3 - lämmityslevyt mittausaluetta varten;

4 - mittausalueen lämmitin käämitys; 5 - turvavyöhykkeen lämmityslevyt;

6 - suojavyöhykkeen lämmittimen käämitys

Kuva A. 3 - Kaavio laitteesta, jossa on kuuma turvavyöhyke

A.2 Lämmitin ja jäähdytin

A.2.1 Lämmittimen tai jääkaapin levyt voivat olla neliön muotoisia, joiden sivun tulee olla vähintään 250 mm, tai ympyrän muotoisia, joiden halkaisija on vähintään 250 mm.

A.2.2 Lämmittimen ja jääkaapin levyjen työpintojen tulee olla metallia. Poikkeama työpintojen tasaisuudesta saa olla enintään 0,025 % niiden enimmäislineaarikoosta.

A.2.3 Testinäytteen kanssa kosketuksissa olevien lämmitin- ja jäähdytyslevyjen työpintojen suhteellisen puolipallon emissiivisyyden tulee olla yli 0,8 lämpötiloissa, jotka näillä pinnoilla on testin aikana.

A.3 lämpömittari

А.3.1 Lämpömittarin työpintojen mittojen tulee olla yhtä suuria kuin lämmittimen ja jääkaapin levyjen työpintojen mitat.

A. 3.2 Testinäytteen kanssa kosketuksissa olevan lämpömittarin etupinnan suhteellisen puolipallon emissiivisyyden on oltava yli 0,8 lämpötiloissa, jotka tällä pinnalla on testin aikana.

A. 3.3 Lämpömittarin mittausalueen tulee sijaita sen etureunan keskiosassa. Sen pinta-alan tulee olla vähintään 10 % ja enintään 40 % koko etupinnasta.

А.3.4 Lämpömittarin lämpöpariston valmistuksessa käytettävien lämpöparin johtojen halkaisija saa olla enintään 0,2 mm.

A.4 Lämpötila-anturit

Lämmittimen tai jääkaapin levyjen kullakin työpinnalla ja testinäytteen kanssa kosketuksissa olevalla lämpömittarin etupinnalla olevien lämpötila-anturien lukumäärän tulee olla 10:n kokonaislukuosa. Ö A ja oltava vähintään kaksi. Näille antureille sopivien johtojen halkaisija saa olla enintään 0,6 mm.

A.5 Sähköinen mittausjärjestelmä

Sähköisen mittausjärjestelmän on varmistettava pintalämpötilojen eron antureiden signaalin mittaus enintään 0,5 % virheellä, lämpömittarin signaalin - enintään 0,6 % virheellä tai sähköisen. laitteen keittolevyn mittausvyöhykkeen lämmittimeen syötetty teho - virheellä enintään 0, 2%.

Laitteen levyjen ja koekappaleen etupintojen kanssa kosketuksissa olevan lämpömittarin välisen lämpötilaeron mittaamisen kokonaisvirhe ei saa olla suurempi kuin 1 %. Kokonaisvirhe on niiden virheiden summa, jotka johtuvat lämpötila-anturien lähellä olevan lämpötilakentän vääristymisestä, näiden antureiden ominaisuuksien muutoksista ulkoisten olosuhteiden vaikutuksesta ja sähköisen mittausjärjestelmän aiheuttamasta virheestä.

A.6 Testikappaleen paksuuden mittauslaite

Laite on varustettava laitteella, jonka avulla voit mitata näytteen paksuutta sen testauksen aikana jarrusatulalla, jonka virhe on enintään 0,5%.

A.7 Instrumenttikehys

Laite tulee varustaa kehyksellä, joka mahdollistaa erilaisten suuntausten säilyttämisen testinäytteen sisältävän laitelohkon tilassa.

A.8 Koekappaleen kiinnityslaite

Laite on varustettava laitteella, joka joko luo vakiomääräisen paineen laitteeseen asetettuun koekappaleeseen tai ylläpitää jatkuvaa rakoa laitteen levyjen työpintojen välillä.

Tämän laitteen koekappaleeseen luoman enimmäispaineen tulee olla 2,5 kPa, vähimmäispaineen - 0,5 kPa, paineen asettamisen virheen - enintään 1,5%.

A.9 Laite, jolla vähennetään testinäytteen lateraalista lämpöhäviötä tai lämmönlisäystä

Testin aikana tapahtuvaa lateraalista lämpöhäviötä tai lämmönlisäystä tulee rajoittaa eristämällä koekappaleen sivupinnat lämpöä eristävällä materiaalilla, jonka lämpöresistanssi on vähintään näytteen lämpövastus.

A. 10 Instrumentin kansi

Laite on varustettava kotelolla, jonka ilman lämpötila pidetään yhtä suurena kuin koekappaleen keskimääräinen lämpötila.

LIITE B

(edellytetään)

Lämpömittarilla varustetun laitteen kalibrointi

B.1 Yleiset vaatimukset

Lämpömittarilla varustetun laitteen kalibrointi on suoritettava käyttämällä kolmea standardinmukaista lämpövastusnäytettä, jotka on sertifioitu vakiintuneen menettelyn mukaisesti ja jotka on valmistettu vastaavasti optisesta kvartsilasista, orgaanisesta lasista ja vaahdosta tai lasikuidusta.

Vertailumateriaalien mittojen on oltava samat kuin testattavan näytteen mitat. Laitetta kalibroitaessa standardinäytteiden etupintojen lämpötilan tulee olla vastaavasti yhtä suuri kuin ne lämpötilat, joilla testin aikana testinäytteen etupinnat ovat.

Laitteessa mitattavissa oleva lämpövastusarvojen koko alue tulee jakaa kahteen ala-alueeseen:

ensimmäisen ala-alueen alaraja on lämpövastuksen vähimmäisarvo, joka voidaan mitata tällä laitteella; yläraja on orgaanisesta lasista valmistetun standardinäytteen lämpövastuksen arvo, jonka paksuus on yhtä suuri kuin testattavan näytteen paksuus;

toisen alikaistan alaraja on ensimmäisen alikaistan yläraja; yläraja on lämpövastuksen enimmäisarvo, joka voidaan mitata tällä laitteella.

B.2 Epäsymmetrisen kaavion mukaan kootun laitteen kalibrointi

Ennen kalibroinnin aloittamista testattavan näytteen lämpöresistanssin numeerinen arvo tulee arvioida tunnettujen vertailutietojen avulla ja määrittää, mihin ala-alueeseen tämä arvo kuuluu. Lämpömittarin kalibrointi suoritetaan vain tällä ala-alueella.

Jos testattavan näytteen lämpövastus on ensimmäisellä ala-alueella, kalibroitu lämpömittari

suoritettiin optisesta kvartsista ja orgaanisesta lasista valmistettujen standardinäytteiden avulla. Jos näytteen lämpövastus kuuluu toiseen ala-alueeseen, kalibrointi suoritetaan orgaanisesta lasista ja lämpöä eristävästä materiaalista valmistettujen standardinäytteiden avulla.

Aseta ensimmäinen vakionäyte, jolla on pienempi lämpövastus, instrumenttiin. R S 1 , D T 1 sen pinnat ja lämpömittarin lähtö e 1 kappaleessa 7 kuvatun menettelyn mukaisesti. Sitten instrumenttiin asetetaan toinen standardinäyte, jolla on korkea lämpövastus. R S 2 , mitata lämpötilaero D T 2 puolta ja lämpömittarin lähtö e 2 samaa tekniikkaa käyttäen. Näiden mittausten tulosten perusteella lasketaan kalibrointikertoimet f 1 ja f 2 lämpömittaria kaavojen mukaan:

Lämpömittarin kalibrointikerroin f u, joka vastaa koekappaleen läpi virtaavan lämpövuon arvoa stationaarisen lämpövuon muodostamisen jälkeen, määritetään lineaarisella interpoloinnilla kaavalla

... (B.3)

B.3 Symmetrisen kaavion mukaan kootun laitteen kalibrointi

Symmetrisen kaavion mukaan kootun laitteen kunkin lämpömittarin kalibrointikertoimen määritysmenetelmä on samanlainen kuin kohdassa B.2 kuvattu lämpömittarin kalibrointikertoimen määritysmenetelmä.

B.4 Laitteen kalibrointitiheys

Laite on kalibroitava 24 tunnin sisällä ennen testiä tai sen jälkeen.

Jos 3 kuukauden kuluessa suoritettujen kalibrointien tulosten mukaan lämpömittarin kalibrointikertoimen muutos ei ylitä ± 1 %, tämä laite voidaan kalibroida kerran 15 päivässä. Tällöin testitulokset voidaan siirtää asiakkaalle vasta testin jälkeisen kalibroinnin jälkeen ja jos myöhemmän kalibroinnin tuloksista määritetty kalibrointikertoimen arvo poikkeaa tuloksista määritetyn kertoimen arvosta. edellisestä kalibroinnista enintään ± 1 %.

Testinäytteen lämpöfysikaalisten parametrien laskennassa käytetty kalibrointikerroin määritetään tämän kertoimen kahden ilmoitetun arvon aritmeettisena keskiarvona.

Jos kalibrointikertoimen arvon ero ylittää ± 1 %, kaikkien näiden kahden asteikon välisenä aikana suoritettujen testien tulokset katsotaan kelpaamattomiksi ja testit on toistettava.

LIITE B

Bibliografia

ISO 7345: 1987 Lämmöneristys. Fysikaaliset suureet ja määritelmät

ISO 9251: 1987 Lämmöneristys. Lämmönsiirtotavat ja materiaaliominaisuudet

ISO 8301: 1991 Lämmöneristys. Lämmönkestävyyden ja siihen liittyvien lämpöfysikaalisten indikaattoreiden määritys kiinteässä lämpötilassa. Lämpömittarilla varustettu laite

ISO 8302: 1991 Lämmöneristys. Lämmönkestävyyden ja siihen liittyvien lämpöfysikaalisten indikaattoreiden määritys. Laite, jossa on kuumasuoja

Avainsanat: lämmönkestävyys, tehollinen lämmönjohtavuus, standardinäyte

Johdanto

1 käyttöalue

3 Määritelmät ja symbolit

4 Yleistä

5 Mittauslaitteet

6 Testin valmistelu

7 Testaus

8 Testitulosten ilmaiseminen

9 Testiraportti

10 Virhe tehollisen lämmönjohtavuuden ja lämmönvastuksen määrittämisessä

Liite A Vaatimukset laitteille, joilla määritetään tehollinen lämmönjohtavuus ja lämpövastus kiinteässä lämpötilassa

Liite B Lämpömittarilla varustetun laitteen kalibrointi

Liite B Bibliografia

Tavoite: kertoimen kokeellisen määritysmenetelmän tutkimus

kiinteiden aineiden lämmönjohtavuus levymenetelmällä.

Harjoittele:yksi. Määritä tutkittavan materiaalin lämmönjohtavuuskerroin.

2. Määritä lämmönjohtavuuskertoimen riippuvuus lämpötilasta

tutkittua materiaalia.

PERUSMÄÄRÄYKSET.

Lämmönvaihto On spontaani peruuttamaton lämmönsiirtoprosessi avaruudessa lämpötilaeron läsnä ollessa. Lämmönsiirtoon on kolme päämenetelmää, jotka eroavat merkittävästi toisistaan ​​fysikaalisesti:

lämmönjohtokyky;

konvektio;

lämpösäteilyä.

Käytännössä lämpöä siirtyy pääsääntöisesti samanaikaisesti useilla tavoilla, mutta näiden prosessien tunteminen on mahdotonta ilman alkeislämmönsiirtoprosessien tutkimista.

Lämmönjohtokyky kutsutaan lämmönsiirtoprosessiksi, joka johtuu mikrohiukkasten lämpöliikkeestä. Kaasuissa ja nesteissä lämmönsiirto lämmönjohtavuudella tapahtuu atomien ja molekyylien diffuusion kautta. Kiinteissä aineissa atomien ja molekyylien vapaa liikkuminen koko aineen tilavuudessa on mahdotonta ja se vähenee vain niiden värähtelyliikkeeseen suhteessa tiettyihin tasapainoasemiin. Siksi lämmönjohtavuusprosessi kiinteissä aineissa johtuu näiden värähtelyjen amplitudin kasvusta, jotka etenevät kehon tilavuudessa värähtelevien hiukkasten välisten voimakenttien häiriön vuoksi. Metalleissa lämmönsiirto lämmönjohtavuudella ei tapahdu vain kidehilan solmuissa olevien ionien ja atomien värähtelyjen vuoksi, vaan myös vapaiden elektronien liikkeen vuoksi, jotka muodostavat niin sanotun "elektronikaasun". Koska metalleissa on lisälämpöenergian kantajia vapaiden elektronien muodossa, metallien lämmönjohtavuus on huomattavasti korkeampi kuin kiinteiden eristeiden.

Lämmönjohtavuusprosessia tutkittaessa käytetään seuraavia peruskäsitteitä:

Lämmön määrä (K  ) - lämpöenergia, joka kulkee koko prosessin aikana mielivaltaisen alueen F pinnan läpi. SI-yksikkö mitataan jouleina (J).

Lämpövirta (lämpöteho) (K) - lämpömäärä, joka kulkee aikayksikköä kohden mielivaltaisen alueen F pinnan läpi.

SI-yksiköissä lämpövirta mitataan watteina (W).

Lämpövuon tiheys (q) - pintayksikön läpi aikayksikköä kohti kulkevan lämmön määrä.

SI:nä se mitataan yksikössä W / m 2.

Lämpötilakenttä- joukko lämpötila-arvoja tietyllä hetkellä kaikissa kehon käyttämän tilan pisteissä. Jos lämpötila lämpötilakentän kaikissa kohdissa ei muutu ajan kuluessa, niin tällaista kenttää kutsutaan paikallaan, jos muuttuu, niin - ei-kiinteä.

Pintoja, jotka muodostuvat pisteistä, joilla on sama lämpötila, kutsutaan isoterminen.

Lämpötilagradientti (gradT) - vektori, joka on suunnattu normaalia pitkin isotermiseen pintaan lämpötilan nousun suuntaan ja joka on numeerisesti määritelty kahden isotermisen pinnan välisen lämpötilan muutoksen suhteen rajaksi niiden väliseen etäisyyteen normaalia pitkin, kun tämä etäisyys pyrkii nollaan. Tai toisin sanoen lämpötilagradientti on johdannainen lämpötilasta tähän suuntaan.

Lämpötilagradientti kuvaa lämpötilan muutoksen nopeutta isotermiseen pintaan nähden normaalissa suunnassa.

Lämmönjohtavuusprosessille on ominaista lämmönjohtavuuden peruslaki - Fourier'n laki(1822). Tämän lain mukaan lämmönjohtavuuden avulla siirtyvän lämpövuon tiheys on suoraan verrannollinen lämpötilagradienttiin:

missä  on aineen lämmönjohtavuuskerroin, W / (mgrad).

Merkki (-) osoittaa, että lämpövirta ja lämpötilagradientti ovat vastakkaisia.

Lämmönjohtavuuskerroin osoittaa, kuinka paljon lämpöä siirtyy aikayksikköä kohti pintayksikön läpi, jonka lämpötilagradientti on yhtä suuri.

Lämmönjohtavuuskerroin on tärkeä materiaalin lämpöfyysinen ominaisuus, ja sen tunteminen on tarpeen tehtäessä lämpölaskelmia, jotka liittyvät rakennusten ja rakenteiden sisäisten rakenteiden, koneiden ja laitteiden seinien lämpöhäviöiden määrittämiseen, lämmöneristyksen laskemiseen sekä kun ratkaisemaan monia muita teknisiä ongelmia.

Toinen tärkeä lämmönjohtavuuden laki on Fourier-Kirchhoffin laki, joka määrittää lämpötilan muutoksen luonteen avaruudessa ja ajassa lämmönjohtavuuden kanssa. Sen toinen nimi on differentiaalilämpöyhtälö, koska se saadaan Fourierin lakiin perustuvan matemaattisen analyysin teorian menetelmillä. Kolmiulotteisessa epävakaassa lämpötilakentässä lämmönjohtavuuden differentiaaliyhtälöllä on seuraava muoto:

,

missä
- lämpödiffuusiokerroin, joka kuvaa materiaalin lämpöinertiaominaisuuksia,

, C p,  - vastaavasti aineen lämmönjohtavuuskerroin, isobarinen lämpökapasiteetti ja tiheys;

- Laplace-operaattori.

Yksiulotteiselle kiinteälle lämpötilakentälle (
) lämmönjohtavuuden differentiaaliyhtälö saa yksinkertaisen muodon

Integroimalla yhtälöt (1) ja (2) on mahdollista määrittää kappaleen läpi kulkevan lämpövirran tiheys ja kehon sisällä tapahtuvan lämpötilan muutoksen laki lämmön johtamisen kautta tapahtuvan lämmönvaihdon aikana. Ratkaisun saamiseksi tarvitset tehtävän yksiselitteisyyden edellytykset.

Yksiselitteiset ehdot- tämä on ylimääräistä yksityistä tietoa, joka kuvaa tarkasteltavana olevaa ongelmaa. Nämä sisältävät:

Vartalon muotoa ja kokoa kuvaavat geometriset olosuhteet;

Fyysiset olosuhteet, jotka kuvaavat kehon fyysisiä ominaisuuksia;

väliaikaiset (alku)olosuhteet, jotka luonnehtivat lämpötilajakaumaa alkuhetkellä;

reunaehdot, jotka kuvaavat lämmönsiirron piirteitä kehon rajoilla. On olemassa 1., 2. ja 3. tyyppisiä rajaehtoja.

klo 1. lajin rajaehdot lämpötilan jakautuminen kehon pinnalla on annettu. Tässä tapauksessa on määritettävä kehon läpi kulkevan lämpövirran tiheys.

klo 2. lajin rajaehdot lämpövuon tiheys ja kehon yhden pinnan lämpötila on annettu. On määritettävä toisen pinnan lämpötila.

Kolmannen tyyppisillä rajaehdoilla kehon pintojen ja niitä ulkoa pesevien ympäristöjen väliset lämmönsiirron olosuhteet on tunnettava. Lämpövuon tiheys määritetään näistä tiedoista. Tämä tapaus viittaa lämmön johtumisen ja konvektion yhteiseen lämmönsiirtoprosessiin, ns lämmönsiirto.

Tarkastellaan yksinkertaisinta esimerkkiä lämmönjohtamisesta tasaisen seinän läpi. Tasainen kutsutaan seinäksi, jonka paksuus on paljon pienempi kuin sen kaksi muuta ulottuvuutta - pituus ja leveys. Tässä tapauksessa yksiselitteisyysehdot voidaan määrittää seuraavasti:

geometrinen: tunnettu seinämän paksuus. Lämpötilakenttä on yksiulotteinen, joten lämpötila muuttuu vain X-akselin suunnassa ja lämpövirta suuntautuu normaalia pitkin seinäpintoihin;

fyysistä: seinämateriaali ja sen lämmönjohtavuuskerroin tunnetaan, ja koko rungolle = const;

väliaikaista: lämpötilakenttä ei muutu ajan myötä, ts. on paikallaan;

rajaolosuhteet: 1. tyyppi, seinän lämpötilat ovat T 1 ja T 2.

On määritettävä lämpötilan vaihtelun laki seinämän paksuudella T = f (X) ja seinämän läpi kulkevan lämpövirran tiheys q.

Ongelman ratkaisemiseksi käytämme yhtälöitä (1) ja (3). Ottaen huomioon hyväksytyt reunaehdot (pisteessä x = 0T = T 1; kohdassa x = T = T 2) saadaan yhtälön (3) kaksoisintegroinnin jälkeen lämpötilan vaihtelun laki seinämän paksuuden mukaan.

,

Lämpötilan jakautuminen tasaisessa seinässä on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Lämpötilan jakautuminen tasaisessa seinässä.

Lämpövuon tiheys määritetään sitten lausekkeen mukaan

,

Lämmönjohtavuuskertoimen määritys  ei teoriassa voi antaa nykyaikaisen insinöörikäytännön edellyttämää tuloksen tarkkuutta, joten ainoa luotettava tapa on sen kokeellinen määritys.

Yksi tunnetuista kokeellisista menetelmistä :n määrittämiseksi on tasainen kerros menetelmä... Tämän menetelmän mukaan tasaisen seinän materiaalin lämmönjohtavuuskerroin voidaan määrittää yhtälön (5) perusteella.

;

Tässä tapauksessa saatu lämmönjohtavuuskertoimen arvo viittaa lämpötilan keskiarvoon T m = 0,5 (T 1 + T 2).

Huolimatta fysikaalisesta yksinkertaisuudestaan ​​tämän menetelmän käytännön toteutuksessa on omat vaikeutensa, jotka liittyvät vaikeuteen luoda yksiulotteinen kiinteä lämpötilakenttä tutkittaviin näytteisiin ja ottaa huomioon lämpöhäviöt.

LABORATORIOTELINEEN KUVAUS.

Lämmönjohtavuuskertoimen määritys suoritetaan laboratoriolaitteistolla, joka perustuu todellisten fysikaalisten prosessien simulointimenetelmään. Asennus koostuu PC:stä, joka on yhdistetty työalueen layoutiin, joka näkyy monitorin näytöllä. Työskentelyosa luodaan analogisesti todellisen osan kanssa ja sen kaavio on esitetty kuvassa. 2.

Kuva 2. Asennuksen työalueen kaavio

Työosa koostuu kahdesta fluoroplastisesta näytteestä 12, jotka on valmistettu kiekkojen muodossa, joiden paksuus on  = 5 mm ja halkaisija d = 140 mm. Näytteet asetetaan lämmittimen 10, jonka korkeus on h = 12 mm ja halkaisija d n = 146 mm, ja vedellä jäähdytetyn jääkaapin 11 väliin. Lämpövirtauksen muodostavat lämmityselementti, jonka sähkövastus R = 41 ohmia, ja jääkaappi 11, jossa on kierreurat jäähdytysveden suunnattua kiertoa varten. Siten jääkaapin läpi virtaava vesi kuljettaa pois tutkittujen fluoroplastisten näytteiden läpi kulkevan lämpövirran. Osa lämmittimen lämmöstä lähtee päätypintojen kautta ympäristöön, joten näiden säteittäisten häviöiden vähentämiseksi on asennettu lämpöä eristävä kotelo 13, joka on valmistettu asbestisementistä ( k = 0,08 W / (mgrad)) . Kotelo, jonka korkeus on h k = 22 mm, valmistetaan onton sylinterin muodossa, jonka sisähalkaisija d n = 146 mm ja ulkohalkaisija d k = 190 mm. Lämpötila mitataan seitsemällä kromel-copel-termoparilla (tyyppi XK) pos. 1 ... 7, asennettu työalueen eri kohtiin. Lämpötila-anturien kytkin 15 mahdollistaa kaikkien seitsemän lämpötila-anturin termo-EMF:n peräkkäisen mittauksen. Lämpöä eristävän kotelon ulkopinnalle on asennettu lämpöpari 7, joka havaitsee lämpövuotoja sen läpi.

TYÖJÄRJESTYS.

3.1. Asennuksen lämpötilatila valitaan asettamalla levyjen kuuman pinnan lämpötila T g alueelle 35С - 120С.

3.2. Laitteiston ohjauspaneelissa sähkökiukaan U jännitteen rekisteröivien merkkilaitteiden tehokytkimet, lämpötila-anturien EMF ja lämmityksen vaihtokytkin kytketään päälle sarjaan.

3.3. Reostaatin kahvaa tasaisesti pyörittämällä asetetaan tarvittava jännite lämmittimeen. Reostaatti on valmistettu porrastettuna, joten jännite muuttuu portaittain. Jännitteen U ja lämpötilan T g tulee olla toistensa mukaisia ​​kuvassa 3 esitetyn riippuvuuden mukaisesti.

Kuva 3. Toimiva lämmitysalue.

3.4. Pollaamalla lämpötila-antureita peräkkäin kytkimellä 15, määritetään seitsemän termoparin termo-EMF-arvot, jotka syötetään yhdessä U-arvon kanssa koepöytäkirjaan (katso taulukko 1). Lukemien rekisteröinti suoritetaan ohjauspaneelin ilmaisininstrumenteilla, joiden lukemat kopioidaan PC-näytölle.

3.5. Kokeen lopussa kaikki laitteiston säätöelimet siirretään alkuperäisille paikoilleen.

3.6. Toistetut kokeet suoritetaan (yhteensä niiden lukumäärän tulee olla vähintään 3) ja muilla T g -arvoilla kappaleissa säädetyssä järjestyksessä. 3.1 ... 3.5.

MITTAUSTULOSTEN KÄSITTELY.

4.1. Chromel-Copel-termoparin kalibrointiominaisuuksien mukaan lämpötila-anturien lukemat muunnetaan asteina Kelvin-asteikolla. .

4.2. Näytteiden sisäisten kuuman ja ulkoisen kylmän pinnan keskilämpötilat määritetään

missä i on termoparin numero.

4.3. Sähkökiukaan tuottama kokonaislämpövirta määritetään

, W

jossa U on sähkövirran jännite, V;

R = 41 ohm - sähkölämmittimen vastus.

4.4 Määrittää vaipan läpi tapahtuvan lämmönsiirron seurauksena menetettävän lämpövuon

missä k on kerroin, joka kuvaa lämmönsiirtoprosessia kotelon läpi.

, W / (m 2 grad)

missä  k = 0,08 W / (mgrad) on kotelomateriaalin lämmönjohtavuuskerroin;

d n = 0,146 m on lämmittimen ulkohalkaisija;

d k = 0,190 m - kotelon ulkohalkaisija;

h n = 0,012 m - lämmittimen korkeus;

h k = 0,022 m - kotelon korkeus.

T t - kotelon ulkopinnan lämpötila, jonka määrittää 7. termopari

4.5 Testinäytteiden läpi kulkeva lämpövirta määritetään lämmönjohtavuuden avulla

, W

4.6. Tutkittavan materiaalin lämmönjohtavuuskerroin määritetään

, W / (mgrad)

missä Q  on testinäytteen läpi lämmönjohtavuuden avulla kulkeva lämpövirta, W;

 = 0,005 m - näytteen paksuus;

- yhden näytteen pinta-ala, m 2;

d = 0,140 m - näytteen halkaisija;

T g, T x ovat vastaavasti näytteen kuuman ja kylmän pinnan lämpötilat, K.

4.7. Lämmönjohtavuuskerroin riippuu lämpötilasta, joten saadut arvot  liittyvät näytteen keskilämpötilaan

Koetietojen käsittelyn tulokset on merkitty taulukkoon 1.

pöytä 1

Mittaustulokset ja kokeellisen tiedon käsittely

Termoelementin lukemat, mV / K

E 1

4.8 Saatujen tulosten käsittelyn grafoanalyyttisellä menetelmällä saadaan tutkittavan materiaalin lämmönjohtavuuden  riippuvuus näytteen keskilämpötilasta T m muodossa

jossa  0 ja b- määritetään graafisesti riippuvuusgraafin = f (T m) analyysin perusteella.

VALVONTAKYSYMYKSIÄ

Mitkä ovat tärkeimmät tavat siirtää lämpöä?

Mitä kutsutaan lämmönjohtavuudelle?

Mitkä ovat johtimien ja kiinteiden eristeiden lämmönjohtavuusmekanismin piirteet?

Mitkä lait kuvaavat lämmönjohtamisprosessia?

Mitä kutsutaan litteäksi seinäksi?

Mitä ovat rajaehdot?

Millainen lämpötilan muutos on tasaisessa seinässä?

Mikä on lämmönjohtavuuskertoimen fysikaalinen merkitys?

Miksi eri materiaalien lämmönjohtavuuskerroin on tiedettävä ja miten sen arvo määritetään?

Mitkä ovat flat layer -menetelmän metodologiset piirteet?

LÄMMÖNSIIRTOTUTKIMUS VAPAALLA KONVEKTIOLLA

Tavoite: tutkia konvektiivisen lämmönsiirron säännönmukaisuuksia käyttämällä esimerkkiä lämmönsiirrosta vapaan konvektion aikana poikittais- ja pitkittäisvirtauksen tapauksilla lämmitetyn pinnan ympärillä. Hanki taidot kokeiden tulosten käsittelyyn ja niiden esittämiseen yleistetyssä muodossa.

Harjoittele:

1. Määritä lämmönsiirtokertoimien kokeelliset arvot vaakasylinteristä ja pystysylinteristä vapaassa konvektiossa olevaan väliaineeseen.

2. Hanki kokeellisia tietoja käsittelemällä vapaan konvektion prosessia kuvaavien kriteeriyhtälöiden parametrit vaaka- ja pystypintojen suhteen.

TEOREETTISET PERUSMÄÄRÄYKSET.

Lämmönsiirtoon on kolme päätapaa, jotka eroavat toisistaan ​​merkittävästi fysikaalisesti:

lämmönjohtokyky;

konvektio;

lämpösäteilyä.

Lämmönjohtavuudella lämpöenergian kantajat ovat aineen mikrohiukkasia - atomeja ja molekyylejä, lämpösäteilyllä - sähkömagneettisia aaltoja.

Konvektio Se on tapa siirtää lämpöä, joka johtuu makroskooppisten ainemäärien liikkumisesta avaruuden pisteestä toiseen.

Näin ollen konvektio on mahdollista vain nesteissä - kaasuissa ja nesteissä. Lämmönsiirron teoriassa niitä merkitään yleensä termillä "neste", tekemättä eroa pisaranesteiden ja kaasujen välillä, jos sitä ei vaadita erikseen. Lämmönsiirtoon konvektiolla liittyy yleensä lämmön johtuminen. Tätä prosessia kutsutaan konvektiivinen lämmönvaihto.

Konvektiivinen lämmönsiirto On yhdistetty lämmönsiirtoprosessi konvektiolla ja lämmönjohtamisella.

Insinöörikäytännössä ne käsittelevät useimmiten konvektiivista lämmönsiirtoprosessia kiinteän aineen pinnan (esimerkiksi uunin seinän pinta, lämmityslaite jne.) ja tätä pintaa ympäröivän nesteen välillä. Tätä prosessia kutsutaan lämmön hajoaminen.

Lämmön hajoaminen- erityistapaus konvektiivisesta lämmönsiirrosta kiinteän kappaleen (seinän) pinnan ja sitä ympäröivän nesteen välillä.

Erottaa pakotettu ja vapaa (luonnollinen) konvektio.

Pakotettu konvektio tapahtuu painevoimien vaikutuksesta, joita syntyy väkisin, esimerkiksi pumpun, tuulettimen jne.

Vapaa tai luonnollinen konvektio tapahtuu erilaisten massavoimien vaikutuksesta: gravitaatio-, keskipako-, sähkömagneettinen jne.

Maapallolla vapaa konvektio tapahtuu painovoiman vaikutuksesta, minkä vuoksi sitä kutsutaan terminen gravitaatiokonvektio... Tässä tapauksessa prosessin liikkeellepaneva voima on nostovoima, joka syntyy väliaineessa, kun kyseessä olevan tilavuuden tiheysjakaumassa on epähomogeenisuus. Lämmönvaihdon aikana tällainen epähomogeenisuus johtuu siitä, että väliaineen yksittäiset elementit voivat olla eri lämpötiloissa. Tässä tapauksessa väliaineen kuumemmat ja siten vähemmän tiheät elementit liikkuvat ylöspäin nostovoiman vaikutuksesta kuljettaen lämpöä mukanaan, ja väliaineen kylmempiä ja siten tiheämpiä elementtejä virtaa tyhjään tilaan. tilaa, kuten kuvassa näkyy. yksi.

Riisi. 1. Virtausten liikkeen luonne nesteessä, jossa on vapaa konvektio

Jos tässä paikassa on jatkuva lämmönlähde, kuumennettaessa väliaineen lämmitettyjen elementtien tiheys pienenee ja ne alkavat myös kellua ylöspäin. Joten niin kauan kuin väliaineen yksittäisten elementtien tiheydissä on eroa, niiden kierto jatkuu, ts. vapaa konvektio jatkuu. Suurissa väliainemäärissä esiintyvää vapaata konvektiota, jossa mikään ei estä konvektiivisten virtausten kehittymistä, kutsutaan ns. vapaa konvektio rajoittamattomassa tilassa... Vapaa konvektio rajoittamattomassa tilassa tapahtuu esimerkiksi lämmitettäessä huoneita, lämmitettäessä vettä kuumavesikattiloissa ja monissa muissa tapauksissa. Jos konvektiivisten virtausten kehittymistä estävät nestemäisellä väliaineella täytettyjen kanavien tai kerrosten seinämät, prosessi on tässä tapauksessa ns. vapaa konvektio ahtaissa tiloissa... Tällainen prosessi tapahtuu esimerkiksi lämmönvaihdon aikana ikkunakehysten välisissä ilmatiloissa.

Konvektiivisen lämmönsiirron prosessia kuvaava peruslaki on Newton-Richmannin laki... Analyyttisessä muodossa lämmönsiirron kiinteää lämpötilajärjestelmää varten sillä on seuraava muoto:

,

missä
- elementaarinen lämpömäärä, joka vapautuu alkeisjakson aikana
alkeispinnalta, jossa on alue
;

- seinän lämpötila;

- nesteen lämpötila;

on lämmönsiirtokerroin.

Lämmönsiirtokerroin näyttää kuinka paljon lämpöä siirtyy aikayksikössä pintayksiköstä, jonka lämpötilaero seinän ja nesteen välillä on yksi aste. Lämmönsiirtokertoimen mittayksikkö SI-järjestelmässä on W / m 2 ∙ deg. Tasaisessa stationääriprosessissa lämmönsiirtokerroin voidaan määrittää lausekkeesta:

, W / m 2 ∙ astetta

missä - lämpövirtaus, W;

- lämmönvaihtopinta-ala, m 2;

- pinnan ja nesteen välinen lämpötilaero, astetta.

Lämmönsiirtokerroin kuvaa seinän ja sitä pesevän nesteen välisen lämmönsiirron voimakkuutta. Fysikaalisen luonteensa vuoksi konvektiivinen lämmönsiirto on erittäin monimutkainen prosessi. Lämmönsiirtokerroin riippuu erittäin suuresta määrästä erilaisia ​​parametreja - nesteen fysikaalisista ominaisuuksista, nestevirtauksen luonteesta, nesteen virtausnopeudesta, kanavan koosta ja muodosta sekä monista muista tekijöistä. Tässä suhteessa on mahdotonta antaa yleistä riippuvuutta lämmönsiirtokertoimen löytämiselle teoreettisesti

Lämmönsiirtokerroin voidaan tarkimmin ja luotettavimmin määrittää kokeellisesti yhtälön (2) perusteella. Insinöörikäytännössä laskettaessa lämmönsiirtoprosesseja erilaisissa teknisissä laitteissa ei kuitenkaan pääsääntöisesti ole mahdollista suorittaa lämmönsiirtokertoimen arvon kokeellista määritystä todellisen täysimittaisen kohteen olosuhteissa, koska tällaisen kokeilun monimutkaisuus ja korkeat kustannukset. Tässä tapauksessa :n määrittämisongelman ratkaisemiseksi, samankaltaisuusteoria.

Samankaltaisuusteorian tärkein käytännön arvo on, että se mahdollistaa mallilla laboratorio-olosuhteissa tehdyn erillisen kokeen tulosten yleistämisen koko mallilla tutkittua prosessia vastaavien todellisten prosessien ja esineiden luokalle. Geometristen kuvioiden yhteydessä hyvin tunnettu samankaltaisuuden käsite voidaan ulottaa kaikkiin fysikaalisiin prosesseihin ja ilmiöihin.

Fysikaalisten ilmiöiden luokka On joukko ilmiöitä, jotka voidaan kuvata yhdellä yleisellä yhtälöjärjestelmällä ja joilla on sama fyysinen luonne.

Yksittäinen esiintyminen- tämä on osa fyysisten ilmiöiden luokkaa, jotka eroavat tietyissä ainutlaatuisuusolosuhteissa (geometrinen, fyysinen, alku, raja).

Samanlaisia ​​ilmiöitä- ryhmä saman luokan ilmiöitä, joilla on samat yksiselitteisyysehdot, lukuun ottamatta näihin ehtoihin sisältyvien määrien numeerisia arvoja.

Samankaltaisuusteoria perustuu siihen, että ilmiötä kuvaavat dimensiofysikaaliset suureet voidaan yhdistää ulottumattomia komplekseja, ja niin, että näiden kompleksien lukumäärä on pienempi kuin ulottuvuussuureiden lukumäärä. Tuloksena olevia dimensiottomia komplekseja kutsutaan samankaltaisuuskriteerit... Samankaltaisuuskriteereillä on tietty fysikaalinen merkitys ja ne heijastavat ei yhden fysikaalisen suuren, vaan niiden koko kriteeriin sisältyvän sarjan vaikutusta, mikä yksinkertaistaa huomattavasti tutkittavan prosessin analysointia. Itse prosessi voidaan tässä tapauksessa esittää analyyttisen riippuvuuden muodossa
samankaltaisuuskriteerien välillä
luonnehtia sen yksittäisiä puolia. Tällaisia ​​riippuvuuksia kutsutaan kriteeriyhtälöt... Samankaltaisuuskriteerit nimettiin tutkijoiden mukaan, jotka antoivat merkittävän panoksen hydrodynamiikan ja lämmönsiirron teorian kehittämiseen - Nusselt, Prandtl, Grashof, Reynolds, Kirpichev ja muut.

Samankaltaisuusteoria perustuu kolmeen samankaltaisuuslauseeseen.

1. lause:

Toisilleen samankaltaisilla ilmiöillä on samat samankaltaisuuskriteerit.

Tämä lause osoittaa, että kokeissa on tarpeen mitata vain ne fysikaaliset suureet, jotka sisältyvät samankaltaisuuskriteereihin.

2. lause:

Tiettyä fyysistä ilmiötä kuvaavat matemaattiset alkuyhtälöt voidaan aina esittää tätä ilmiötä kuvaavien samankaltaisuuskriteerien välisenä suhteena.

Näitä yhtälöitä kutsutaan kriteerit l... Tämä lause osoittaa, että kokeiden tulokset tulee esittää kriteeriyhtälöiden muodossa.

3. lause.

Samanlaisia ​​ovat ne ilmiöt, joiden yksiselitteisyysehdoista koostuvat samankaltaisuuskriteerit ovat samat.

Tämä lause määrittelee ehdot, jotka ovat välttämättömiä fyysisen samankaltaisuuden määrittämiseksi. Yksiselitteisyysehdoista koostuvia samankaltaisuusehtoja kutsutaan määrittävä... Ne määräävät kaikkien muiden tasa-arvon tai päättänyt samankaltaisuuskriteerit, mikä itse asiassa on jo ensimmäisen samankaltaisuuslauseen aihe. Siten 3. samankaltaisuuslause kehittää ja syventää ensimmäistä lausetta.

Konvektiivista lämmönsiirtoa tutkittaessa käytetään useimmiten seuraavia samankaltaisuuskriteerejä.

Reynoldsin kriteeri (Re) - kuvaa nesteessä vaikuttavien inertiavoimien ja viskoosien kitkavoimien välistä suhdetta. Reynoldsin kriteerin arvo luonnehtii nesteen virtausjärjestelmää pakotetussa konvektiossa.

,

missä - nesteen liikkumisnopeus;

- nesteen kinemaattisen viskositeetin kerroin;

- koon määrittäminen.

Grashofin kriteeri (Gr) - kuvaa viskoosin kitkavoimien ja nesteessä, vapaalla konvektiolla vaikuttavan nostovoiman välistä suhdetta. Grashof-kriteerin arvo luonnehtii nesteen virtausjärjestelmää vapaassa konvektiossa.

,

missä - painovoiman kiihtyvyys;

- koon määrittäminen;

- nesteen tilavuuslaajenemisen lämpötilakerroin (kaasuille
, missä - lämpötilan määrittäminen Kelvin-asteikolla);

- lämpötilaero seinän ja nesteen välillä;

- seinän ja nesteen lämpötila, vastaavasti;

- nesteen kinemaattisen viskositeetin kerroin.

Nusseltin kriteeri (Nu) - luonnehtii lämmönjohtavuuden avulla siirretyn lämmön määrän ja konvektiolla siirtyneen lämmön määrän välistä suhdetta konvektiivisessa lämmönvaihdossa kiinteän aineen (seinän) pinnan ja nesteen välillä, ts. lämmönsiirrolla.

,

missä - lämmönsiirtokerroin;

- koon määrittäminen;

- nesteen lämmönjohtavuuskerroin seinän ja nesteen rajalla.

Peclet-kriteeri (Pe) - kuvaa suhdetta nestevirtauksen vastaanottaman (poistetun) lämmön määrän ja konvektiivisen lämmönvaihdon avulla siirretyn (pois luovutetun) lämmön määrän välillä.

,

missä - nesteen virtausnopeus;

- koon määrittäminen;

- lämpödiffuusiokerroin;

- vastaavasti lämmönjohtavuuskerroin, isobarinen lämpökapasiteetti ja nesteen tiheys.

Prandtl-kriteeri (PR) - luonnehtii nesteen fysikaalisia ominaisuuksia.

,

missä - kinemaattisen viskositeetin kerroin;

- nesteen lämpödiffuusiokerroin.

Tarkastetuista samankaltaisuuskriteereistä voidaan nähdä, että konvektiivisen lämmönsiirron prosessien laskennassa tärkein parametri, joka kuvaa prosessin intensiteettiä, eli lämmönsiirtokerroin  sisältyy Nusselt-kriteerin lausekkeeseen. Tämä johti siihen, että konvektiivisen lämmönsiirron ongelmien ratkaisemiseksi samankaltaisuusteoriaan perustuvilla teknisillä menetelmillä tämä kriteeri on määritellyistä kriteereistä tärkein. Lämmönsiirtokertoimen arvo tässä tapauksessa määritetään seuraavan lausekkeen mukaan

Tässä suhteessa kriteeriyhtälöt kirjoitetaan yleensä ratkaisun muodossa suhteessa Nusselt-kriteeriin ja niillä on potenssifunktion muoto.

missä
- samankaltaisuuskriteerien arvot, jotka kuvaavat tarkasteltavan prosessin eri näkökohtia;

- numeeriset vakiot, jotka on määritetty kokeellisten tietojen perusteella, jotka on saatu tutkittaessa samankaltaisten ilmiöiden luokkaa malleilla empiirisesti.

Konvektion tyypistä ja erityisistä prosessiolosuhteista riippuen, kriteeriyhtälöön sisältyvästä samankaltaisuuskriteerijoukosta, vakioiden ja korjauskertoimien arvot voivat olla erilaisia.

Kriteeriyhtälöiden käytännön soveltamisessa ratkaisevan koon ja määrittävän lämpötilan oikea valinta on tärkeä. Määrittävä lämpötila on tarpeen samankaltaisuuskriteerien arvojen laskennassa käytetyn nesteen fysikaalisten ominaisuuksien arvojen oikeaksi määrittämiseksi. Määrittävän koon valinta riippuu nestevirtauksen ja pestävän pinnan suhteellisesta sijainnista eli sen virtauksen luonteesta. Tässä tapauksessa on noudatettava seuraavia tyypillisiä tapauksia koskevia saatavilla olevia suosituksia.

Pakotettu konvektio, kun neste liikkuu pyöreän putken sisällä.

- putken sisähalkaisija.

Pakotettu konvektio nesteen liikkeen aikana mielivaltaisissa poikkileikkauksellisissa kanavissa.

- vastaava halkaisija,

missä - kanavan poikkileikkausala;

- osan kehä.

Poikkivirtaus pyöreän putken ympärillä, jossa on vapaa konvektio (vaakaputki (katso kuva 2) lämpögravitaatiokonvektiolla)

on putken ulkohalkaisija.

Kuva 2. Vaakasuuntaisen putken ympärillä olevan virtauksen luonne terminen gravitaatiokonvektion aikana

Pitkittäinen virtaus tasaisen seinän (putken) ympäri (katso kuva 3) lämpögravitaatiokonvektion aikana.

- seinän korkeus (putken pituus).

Riisi. 3. Virtauksen luonne pystysuoran seinän (putken) ympärillä terminen gravitaatiokonvektion aikana.

Lämpötilan määrittäminen on tarpeen väliaineen lämpöfysikaalisten ominaisuuksien oikeaan määrittämiseen, jonka arvot muuttuvat lämpötilan mukaan.

Lämmönsiirrossa aritmeettinen keskiarvo seinän ja nesteen lämpötilan välillä otetaan määrääväksi lämpötilaksi

Konvektiivisessa lämmönvaihdossa väliaineen yksittäisten elementtien välillä tarkasteltavana olevan tilavuuden sisällä, aritmeettinen keskiarvo lämmönvaihtoon osallistuvien väliaineen elementtien lämpötilojen välillä otetaan määrääväksi lämpötilaksi.

Tässä artikkelissa tarkastellaan menettelyä laboratoriokokeen suorittamiseksi ja menetelmää kriteeriyhtälöiden saamiseksi kahdelle tyypilliselle virtaustapaukselle lämmitetyn pinnan ympärillä (poikittais- ja pituussuuntainen) erilaisten kaasujen vapaalla konvektiolla suhteessa vaaka- ja pystysylintereihin.

KOKEELLINEN OSA.

Niiden lämpöliikkeen prosessissa. Nesteissä ja kiinteissä aineissa - dielektrisissä - lämmönsiirto tapahtuu siirtämällä molekyylien ja atomien lämpöliike suoraan viereisille ainehiukkasille. Kaasumaisissa kappaleissa lämmön eteneminen lämmönjohtavuudella tapahtuu johtuen energianvaihdosta eri lämpöliikenopeuksilla olevien molekyylien törmäyksen aikana. Metalleissa lämmönjohtavuus tapahtuu pääasiassa vapaiden elektronien liikkeen vuoksi.

Päälämmönjohtavuus zek sisältää joukon matemaattisia käsitteitä, joiden määritelmät on suositeltavaa muistaa ja selittää.

Lämpötilakenttä Onko joukko lämpötila-arvoja kehon kaikissa kohdissa tietyllä hetkellä. Matemaattisesti sitä kuvataan seuraavasti t = f(x, y, z, τ). Erottaa paikallaan oleva lämpötila kenttä, kun lämpötila kehon kaikissa kohdissa ei riipu ajasta (ei muutu ajan myötä), ja epävakaa lämpötilakenttä... Lisäksi, jos lämpötila muuttuu vain yhtä tai kahta tilakoordinaattia pitkin, lämpötilakenttää kutsutaan vastaavasti yksi- tai kaksiulotteiseksi.

Isoterminen pinta- tämä on pisteiden paikka, jonka lämpötila on sama.

Lämpötilagradientti — grad t on vektori, joka on suunnattu pitkin normaalia isotermiseen pintaan ja on numeerisesti yhtä suuri kuin lämpötilan derivaatta tähän suuntaan.

Lämmönjohtavuuden peruslain mukaan - laki Fourier(1822), lämmönjohtavuuden välittämän lämpövuon tiheyden vektori on verrannollinen lämpötilagradienttiin:

q = - λ grad t, (3)

missä λ - aineen lämmönjohtavuuskerroin; sen mittayksikkö W/(m K).

Miinusmerkki yhtälössä (3) osoittaa, että vektori q suunnattu vastapäätä vektoria grad t, eli kohti suurinta lämpötilan laskua.

Lämpövirta δQ mielivaltaisesti suunnatun alkeisalueen läpi dF on yhtä suuri kuin vektorin pistetulo q alkeispaikan vektorissa dF, ja kokonaislämpövirta K koko pinnalla F määritetään integroimalla tämä tuote pinnan päälle F:

Lämmönjohtavuuden KERROIN

Lämmönjohtavuuskerroin λ laissa Fourier(3) kuvaa tietyn aineen kykyä johtaa lämpöä. Lämmönjohtavuuskertoimien arvot on annettu aineiden lämpöfysikaalisia ominaisuuksia käsittelevissä hakukirjoissa. Numeerisesti lämmönjohtavuuskerroin λ = q / grad t on yhtä suuri kuin lämpövuon tiheys q lämpötilagradientissa grad t = 1 K/m... Kevyellä kaasulla, vedyllä, on korkein lämmönjohtavuus. Huoneolosuhteissa vedyn lämmönjohtavuus λ = 0,2 W/(m K). Raskaimmilla kaasuilla on pienempi lämmönjohtavuus - ilma λ = 0,025 W/(m K), hiilidioksidissa λ = 0,02 W/(m K).

Puhtaalla hopealla ja kuparilla on korkein lämmönjohtavuus: λ = 400 W/(m K). Hiiliteräksille λ = 50 W/(m K). Nesteiden lämmönjohtavuuskerroin on yleensä pienempi kuin 1 W/(m K). Vesi on yksi parhaista nestemäisistä lämmönjohtimista sille λ = 0,6 W/(m K).

Ei-metallisten kiinteiden materiaalien lämmönjohtavuus on yleensä alle 10 W/(m K).

Huokoisilla materiaaleilla - korkilla, erilaisilla kuitu täyteaineilla, kuten orgaanisella villalla - on alhaisimmat lämmönjohtavuuskertoimet λ <0,25 W/(m K), lähestyy alhaisella pakkaustiheydellä huokoset täyttävän ilman lämmönjohtavuuskerrointa.

Lämpötila, paine ja huokoisissa materiaaleissa myös kosteus voivat vaikuttaa merkittävästi lämmönjohtavuuskertoimeen. Viitekirjoissa on aina olosuhteet, joissa tietyn aineen lämmönjohtavuuskerroin on määritetty, ja muissa olosuhteissa näitä tietoja ei voida käyttää. Arvoalueet λ eri materiaaleille on esitetty kuvassa. yksi.

Kuva 1. Eri aineiden lämmönjohtavuuskertoimien arvojen intervallit.

Lämmönsiirto lämmönjohtavuudella

Tasainen tasainen seinä.

Yksinkertaisin ja hyvin yleinen lämmönsiirron teorialla ratkaistava ongelma on määrittää tasaisen seinän läpi kulkeutuvan lämpövirran tiheys, jonka paksuus on δ , jonka pinnoilla säilytetään lämpötiloja t w1 ja t w2.(kuva 2). Lämpötila muuttuu vain levyn paksuuden mukaan - yksi koordinaatti X. Tällaisia ​​ongelmia kutsutaan yksiulotteisiksi, niiden ratkaisut ovat yksinkertaisimpia, ja tällä kurssilla rajoitumme tarkastelemaan vain yksiulotteisia ongelmia.

Ottaen huomioon yhden numeron tapauksessa:

grad t = dt / dx, (5)

ja käyttämällä lämmönjohtavuuden peruslakia (2), saamme tasaisen seinän kiinteän lämmönjohtavuuden differentiaaliyhtälön:

Kiinteissä olosuhteissa, kun energiaa ei kuluteta lämmitykseen, lämpövuon tiheys q seinämän paksuus muuttumattomana. Useimmissa käytännön ongelmissa oletetaan likimäärin, että lämmönjohtavuuskerroin λ ei riipu lämpötilasta ja on sama koko seinämän paksuudella. Merkitys λ löytyy hakukirjoista lämpötilassa:

keskiarvo seinäpintojen lämpötilojen välillä. (Tässä tapauksessa laskentavirhe on yleensä pienempi kuin lähtötietojen ja taulukkoarvojen virhe ja lämmönjohtavuuskertoimen lineaarinen riippuvuus lämpötilasta: λ = a + bt tarkka laskentakaava q ei eroa likimääräisestä). klo λ = vakio:

(7)

nuo. lämpötilariippuvuus t koordinaateista X lineaarinen (kuva 2).

Kuva 2. Kiinteä lämpötilan jakautuminen tasaisen seinän paksuudella.

Jakamalla yhtälön (7) muuttujat ja integroimalla t alkaen t w1 ennen t w2 ja X 0 - δ :

, (8)

saamme riippuvuuden lämpövuon tiheyden laskemiseksi:

, (9)

tai lämpövuon teho (lämpövuo):

(10)

Siksi 1:n kautta siirtynyt lämmön määrä m 2 seinät, suoraan verrannollinen lämmönjohtavuuskertoimeen λ ja lämpötilaero seinän ulkopintojen välillä ( t w1 - t w2) ja kääntäen verrannollinen seinämän paksuuteen δ ... Kokonaislämmön määrä seinän läpi, jossa on pinta-ala F myös suhteessa tähän alueeseen.

Saatu yksinkertaisin kaava (10) on hyvin yleinen lämpölaskelmissa. Tämän kaavan avulla ei lasketa vain lämpövuon tiheyttä tasaisten seinien läpi, vaan tehdään myös arvioita monimutkaisemmille tapauksille, joita yksinkertaistetaan korvaamalla monimutkaisen kokoonpanon seinät tasaisella seinällä laskelmissa. Joskus jo arvioinnin perusteella yksi tai toinen vaihtoehto hylätään ilman, että sen yksityiskohtaiseen tutkimiseen kuluu enempää aikaa.

Kehon lämpötila jossain pisteessä X määräytyy kaavalla:

t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)

Asenne λF / δ kutsutaan seinän lämmönjohtavuudeksi ja käänteiseksi δ / λF seinän lämpö- tai lämpövastus ja se ilmoitetaan R λ... Lämpövastuksen käsitettä käyttämällä lämpövuon laskentakaava voidaan esittää seuraavasti:

Riippuvuus (11) on samanlainen kuin laki Ohm sähkötekniikassa (sähkövirran voimakkuus on yhtä suuri kuin potentiaaliero jaettuna sen johtimen sähkövastuksella, jonka läpi virta kulkee).

Hyvin usein lämpövastusta kutsutaan arvoksi δ / λ, joka on yhtä suuri kuin tasaisen seinän lämpövastus, jonka pinta-ala on 1 m 2.

Laskuesimerkkejä.

Esimerkki 1... Määritä lämpövirta rakennuksen betoniseinän läpi, jonka paksuus on 200 mm, korkeus H = 2,5 m ja pituus 2 m jos sen pintojen lämpötilat ovat: t с1= 20 0 С, t с2= - 10 0 С, ja lämmönjohtavuuskerroin λ =1 W/(m K):

= 750 W.

Esimerkki 2... Määritä seinämateriaalin lämmönjohtavuuskerroin, jonka paksuus on 50 mm, jos lämpövuon tiheys kulkee sen läpi q = 100 W/m 2 ja pintojen lämpötilaerot Δt = 20 0 C.

W/(m K).

Monikerroksinen seinä.

Kaavaa (10) voidaan käyttää myös lämpövirran laskemiseen seinän läpi, joka koostuu useista ( n) tiiviisti vierekkäiset kerrokset eri materiaaleista (kuva 3), esimerkiksi sylinterinkansi, tiiviste ja eri materiaaleista valmistettu sylinterilohko jne.

Kuva 3. Lämpötilan jakautuminen monikerroksisen litteän seinän paksuuden yli.

Tällaisen seinän lämpövastus on yhtä suuri kuin yksittäisten kerrosten lämpöresistanssien summa:

(12)

Kaavassa (12) on tarpeen korvata lämpötilaero niissä pisteissä (pinnoissa), joiden väliin kaikki summatut lämpövastukset "sisältyvät", ts. tässä tapauksessa: t w1 ja t w (n + 1):

, (13)

missä i- kerroksen numero.

Kiinteässä tilassa ominaislämpövirta monikerroksisen seinän läpi on vakio ja sama kaikille kerroksille. Kohdasta (13) seuraa:

. (14)

Yhtälöstä (14) seuraa, että monikerroksisen seinän kokonaislämpövastus on yhtä suuri kuin kunkin kerroksen vastusten summa.

Kaava (13) saadaan helposti kirjaamalla kunkin kaavan (10) mukainen lämpötilaero P kerroksia monikerroksisesta seinästä ja lisäämällä kaikki P lausekkeet ottaen huomioon se tosiasia, että kaikissa kerroksissa K on sama merkitys. Kun kaikki välilämpötilat lasketaan yhteen, ne laskevat.

Lämpötilajakauma kunkin kerroksen sisällä on lineaarinen, mutta eri kerroksissa lämpötilariippuvuuden jyrkkyys on erilainen, koska kaavan (7) mukaan ( dt / dx)i = - q/λi... Kaikkien norsujen läpi kulkevan lämpövirran tiheys on sama paikallaan olevassa tilassa ja kerrosten lämmönjohtavuuskerroin on erilainen, joten lämpötila muuttuu voimakkaammin kerroksissa, joiden lämmönjohtavuus on pienempi. Joten kuvan 4 esimerkissä toisen kerroksen materiaalilla (esimerkiksi tiivisteellä) on alhaisin lämmönjohtavuus ja korkein - kolmannen kerroksen.

Kun on laskettu lämpövirta monikerrosseinän läpi, on mahdollista määrittää kunkin kerroksen lämpötilan pudotus suhteessa (10) ja löytää lämpötilat kaikkien kerrosten rajoilla. Tämä on erittäin tärkeää käytettäessä lämmöneristeinä materiaaleja, joiden sallittu lämpötila on rajoitettu.

Kerrosten lämpötila määritetään seuraavalla kaavalla:

t w1 = t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)

t w2 = t cl1 - q × (d 2 × l 2 -1)

Koskettimen lämpövastus... Monikerroksisen seinän kaavoja johdettaessa oletettiin, että kerrokset ovat tiiviisti vierekkäin ja hyvän kontaktin ansiosta eri kerrosten kosketuspinnoilla on sama lämpötila. Ihanteellisesti tiivis kosketus monikerroksisen seinän yksittäisten kerrosten välillä saavutetaan, jos yksi kerroksista levitetään toiseen kerrokseen nestemäisessä tilassa tai nesteliuoksen muodossa. Jäykät kappaleet koskettavat toisiaan vain karheusprofiilien yläosilla (kuva 4).

Piikkien kosketuspinta-ala on mitätön ja koko lämpövirta kulkee ilmaraon läpi ( h). Tämä luo ylimääräistä (kosketus)lämpövastusta R to... Lämmökosketusvastukset voidaan määrittää itsenäisesti käyttämällä sopivia empiirisiä riippuvuuksia tai kokeellisesti. Esimerkiksi raon lämpöresistanssi on 0,03 mm vastaa suunnilleen noin 30 paksuisen teräskerroksen lämpövastusta mm.

Kuva 4. Kuva kahden karkean pinnan koskettimista.

Menetelmät lämpökosketusvastuksen vähentämiseksi. Koskettimen kokonaislämmönvastus määräytyy käsittelyn puhtauden, kuormituksen, väliaineen lämmönjohtavuuden, kosketusosien materiaalien lämmönjohtavuuden ja muiden tekijöiden perusteella.

Suurin tehokkuus lämmönvastuksen vähentämisessä saadaan tuomalla kosketusalueelle väliainetta, jonka lämmönjohtavuus on lähellä metallin lämmönjohtavuutta.

Kosketusalueen täyttämiseen aineilla on seuraavat mahdollisuudet:

Pehmeiden metallisten tiivisteiden käyttö;

Johdatus jauhemaisen aineen kosketusalueelle, jolla on hyvä lämmönjohtavuus;

Johdatus viskoosin aineen alueelle, jolla on hyvä lämmönjohtavuus;

Karheusharjanteiden välisen tilan täyttäminen nestemäisellä metallilla.

Parhaat tulokset saatiin täyttämällä kosketusvyöhyke sulalla tinalla. Tässä tapauksessa koskettimen lämpöresistanssi tulee käytännössä nollaan.

Sylinterimäinen seinä.

Hyvin usein lämmönsiirtoaineet liikkuvat putkien (sylintereiden) läpi, ja on tarpeen laskea putken (sylinterin) sylinterimäisen seinämän läpi siirtyvä lämpövirta. Lieriömäisen seinämän läpi tapahtuva lämmönsiirtoongelma (tunnetuilla ja vakiolämpötiloilla sisä- ja ulkopinnalla) on myös yksiulotteinen, jos sitä tarkastellaan sylinterimäisinä koordinaatteina (kuva 4).

Lämpötila muuttuu vain putken säteellä ja pituudella l ja sen kehällä pysyy ennallaan.

Tässä tapauksessa lämpövirtausyhtälöllä on muoto:

. (15)

Riippuvuus (15) osoittaa, että sylinterin seinämän läpi siirtyvän lämmön määrä on suoraan verrannollinen lämmönjohtavuuskertoimeen λ , putken pituus l ja lämpötilaero ( t w1 - t w2) ja kääntäen verrannollinen sylinterin ulkohalkaisijan suhteen luonnolliseen logaritmiin d 2 sen sisähalkaisijaan d 1.

Riisi. 4. Lämpötilan muutos yksikerroksisen lieriömäisen seinämän paksuuden yli.

klo λ = vakiolämpötilan jakautuminen säteen yli r yksikerroksinen sylinterimäinen seinä noudattaa logaritmista lakia (kuva 4).

Esimerkki... Kuinka monta kertaa rakennuksen seinän läpi menevät lämpöhäviöt pienenevät, jos kahden tiilikerroksen välillä, joiden paksuus on 250 mm asenna 50 mm paksu vaahtomuovityyny mm... Lämmönjohtavuuskertoimet ovat vastaavasti yhtä suuret: λ kirp . = 0,5 W/(m K); λ kynä. . = 0,05 W/(m K).